» » Классификация процессов ОМД как самостоятельный вид исследования
22.12.2014

Классификация (классифицирование) - самостоятельный вид исследования - разделение какого-либо множества на подмножества, классы, обладающие совокупностью некоторых признаков.
В металлообрабатывающей отрасли применяются различные процессы обработки металлов давлением: прокатка, прессование, волочение, ковка, объемная и листовая штамповка. При этом относительно признаков классификации нет единого мнения.
Разные исследователи предлагают классифицировать процессы ОМД по следующим признакам:
- горячая или холодная обработка;
- пластическая обработка со снятием или без снятия стружки;
форма заготовки или форма готовой детали (листовой или прутковый металл, массивное тело);
- вид напряженного состояний металла в течение процесса;
- тип напряжений в течение процесса формоизменения (растягивающие, сжимающие, сдвиговые);
- размеры области деформации (локальная или общая);
- формоизменение при устойчивом или неустойчивом состоянии;
- низкие или высокие скорости деформации;
- первичные или вторичные операции формоизменения и др.
С целью классификации процессов и машин ОМД А.И. Зиминым и А.И. Башкиным предложена периодическая система энерготипов кузнечно-прессовых машин, а В.И. Дунаевым и В.П. Полиевцом - методика описания конструкций прокатных клетей.
Отсюда следует, что отдельно взятый один вид классификации полностью не характеризует данный процесс или конкретную технологическую операцию.
Классификация - самостоятельный вид исследования, отличный от моделирования (эксперименты на физических или математических объектах).
Такие крупнейшие открытия, как эволюционная теория происхождения видов Ч. Дарвина, периодическая система Д.И. Менделеева, теория смены общественных формаций К. Маркса, были сделаны именно методом классификации.
Профессор В.Н. Заверюха предложил использовать метод классификации процессов обработки металлов давлением как самостоятельный вид исследования для формализации поиска новых, лучших способов и устройств в данной области, где признаками классификации могут служить:
- условия кинематики и взаимного расположения металла и инструмента;
- способы введения энергии формоизменения (силы, нагрузки);
- формы энергии, используемой для деформации;
- характеристики получаемых изделий.
Общей основой описания и классификации процессов ОМД может быть энергетический подход.
Формальный поиск по условиям кинематики и взаимного расположения металла с инструментом можно вести за счет:
- изменения формы инструмента и заготовки;
- изменения числа инструментов;
- вариации взаимного расположения инструмента и заготовки;
- вариации существующих движений инструмента и заготовки;
- изменения вида инструмента.
Свободная ковка

Подвижный инструмент 1 перемещается навстречу неподвижному инструменту 2, осуществляя деформацию заготовки 3. Может быть использована кинетическая энергия инструмента (молота, бойка).
Ковка позволяет получать изделия большой длины (прутки) и большой площади (плиты).
Расширение возможностей свободной ковки -усложнение формы (геометрии) инструмента.
Процесс свободной ковки служит основанием для других способов ОМД (прессования, объемной и листовой штамповки).
Классификация процессов ОМД как самостоятельный вид исследования

Усложнение процесса прессования может идти по пути увеличения числа инструментов (4 — новый инструмент - оправка - для получения трубы) или использования новых движений (двойная стрелка - возвратно-поступательное движение оправки).
Классификация процессов ОМД как самостоятельный вид исследования

Появление листового проката привело к процессам листовой штамповки, гибки (1-3 - инструменты).
В качестве инструмента может быть использовано давление жидкости или газа.
Классификация процессов ОМД как самостоятельный вид исследования

Волочение

Волочение позволяет получить очень длинные изделия с малой площадью и довольно сложной конфигурацией формы поперечного сечения.
Для расширения возможностей вводят третий инструмент - оправку (3).
Классификация процессов ОМД как самостоятельный вид исследования

Для уменьшения трения при волочении, снижения усилия волочения и повышения возможной степени деформации используют новые движения: волочение с противонатяжением, волочение с вибрацией волоки, вращение волоки вокруг оси протягиваемого круглого прутка.
Классификация процессов ОМД как самостоятельный вид исследования

Благодаря вращательному движению волоки, вектор относительной скорости прутка на контактной поверхности, а следовательно, и направление силы трения, отклоняются от образующей конуса; проекция силы трения на ось прутка уменьшается, следовательно, уменьшается и усилие волочения.
Возможно усложнение инструмента: например, использование многоступенчатой волоки позволяет в одной волоке получить большую степень деформации прутка.
Для снижения сил трения применяют дисковые (роликовые) волоки, которые могут быть классифицированы также по признаку «число инструментов».
В таких волоках канал образован роликами (дисками), вращающимися в подшипниках качения.
Классификация процессов ОМД как самостоятельный вид исследования

Ролики (диски) не имеют привода и вращаются за счет сил трения о движущийся профиль.
Продольная прокатка

Оба инструмента (валки) вращаются в разные стороны и сообщают обрабатываемому изделию поступательное движение.
Развитие процесса продольной прокатки идет за счет: изменения формы инструмента (профилирования) в продольном и поперечном направлениях;
Классификация процессов ОМД как самостоятельный вид исследования

придания инструменту других движений. Например, еще одно вращательное или поступательное движение (периодическая прокатка), прокатка с ультразвуком (валки совершают сложное движение - и вращаются, и вибрируют), сочетание возвратно-поступательного вращения валков с их подъемом и опусканием (ковочные клети);
Классификация процессов ОМД как самостоятельный вид исследования

- увеличения числа инструментов;
- изменения движения заготовки (прокатка волочение).
Классификация процессов ОМД как самостоятельный вид исследования

Поперечная прокатка

Оба инструмента вращаются в одну сторону, а заготовка - в другую.
Усложнение процесса идет за счет:
- взаимного расположения инструмента;
- увеличения числа инструментов;
- профилировки инструмента.
Классификация процессов ОМД как самостоятельный вид исследования

Если перекосить оси валков, то заготовка получает поступательно-вращательное движение вдоль своей оси, что позволяет получать:
- сложные цилиндрические поверхности. При этом продольная прокатка не происходит (прокатка периодических профилей, ребристые поверхности труб, винты);
- полые заготовки для производства труб.
Классификация процессов ОМД как самостоятельный вид исследования

Кольцевая прокатка

Вращаются и инструмент, и заготовка. При прокатке рулона получается тонкий лист пакетным способом.
Клиновая прокатка

Прокатка осей, двигателей валов. В качестве инструмента используют профильные плиты. При этом в середине заготовки за счет растягивающих напряжений образуется полость (получение шурупов, болтов).
Классификация процессов ОМД как самостоятельный вид исследования

Таким образом, развитие формообразующих и формоизменяющих процессов ОМД идет за счет.
- вариации существующих движений инструмента и заготовки, использования новых движений (колебания, дополнительные вращения, возвратно-поступательные движения и др.);
- изменения формы и топологии заготовки и инструмента;
- изменения числа инструментов (многовалковые калибры, оправки, планетарные станы, 20-валковые станы и др.);
- изменения взаимного расположения инструмента и заготовки (поперечно-винтовая прокатка, перекос осей прокатных валков,
- изменения вида инструмента (твердое тело, газ, жидкость).