close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Расчет натяга при отделочной обработке деталей из латуни комбинированным фасонным инструментом..pdf

код для вставкиСкачать
Известия ТулГУ. Технические науки. 2010. Вып. 4. Ч. 1
Список литературы
1. Weck M., Becker R., Ye G. «Elektrisch-Elektronische Realisierung
Ungleichmässiger, Periodischer Bewegungen» // Special VDI- Zeitschrift Antriebstechnik (1987) VDI Verlag. S. 32 – 44.
2. Федоров Ю. Н., Феофилов Н. Д. Расчет параметров процесса зубонарезания червячными фрезами // Исследования в области технологии
механической обработки и сборки машин. 1977. С. 9 - 16.
3. Феофилов Н. Д. Червячная фреза с взаимозаменяемыми твердосплавными резцовыми блоками // Резание и инструмент. 1980. С. 95-97.
4. Феофилов Н.Д. Червячные фрезы с поворотными зубчатыми рейками // Вестник машиностроения. 2001. № 6. С. 44-46.
V. Skryabin, A. Timofeev, N. Feofilov, E. Yanov
Kinematics of the worm hobbing
The problems of rational use of gear hobbing machines for machining parts
with different tooth profile are considered. The schemes of the realization of the processing
cycles and specifications are most common in Russia, CNC gear hobbing domestic and
foreign, as well as the progressive construction of prefabricated tools are considered.
Key words: hobbing, rolling action, cycle, feed.
Получено 28.12.10 г.
УДК 621.919.2
М.И. Корнева асп., 910-700-47-85,
kormarig@mail.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
РАСЧЕТ НАТЯГА ПРИ ОТДЕЛОЧНОЙ ОБРАБОТКЕ ДЕТАЛЕЙ
ИЗ ЛАТУНИ КОМБИНИРОВАННЫМ ФАСОННЫМ
ИНСТРУМЕНТОМ
Представлен расчет натяга, возникающего между размерами шестигранника
латунной гайки и шестигранника первой, буферной, обжимающей матрицы комбинированного фасонного инструмента при отделочной обработке детали.
Ключевые слова: натяг в системе матрица – деталь, осевые и тангенциальные
напряжения, закон Гука, относительное удлинение элемента.
При производстве изделий водоразборной арматуры на предприятии ООО «Аркон» возникла необходимость в отыскании принципиально новых технических решений по отделочной обработке деталей, требующих полировочной операции и имеющих большой объем выпуска, в
частности, детали «Гайка соединительная», которая представлена
на рис. 1. Наружный шестигранник данной гайки является базой для обра68
Машиностроение и машиноведение
ботки внутреннего отверстия и нарезания в нем резьбы М27×1,5, соосной с
базовой поверхностью. Заготовкой является отливка, полученная литьем
под давлением в многоместные пресс-формы. Материал – латунь ЛЦ40Сд.
Объем выпуска составляет более миллиона деталей в год.
При этом на предприятии используется ручная полировка, которая
характеризуется тяжелыми условиями труда и повышенной вредностью, а
значит, и высокой заработной платой рабочих.
Рис. 1. Гайка соединительная
Принципиально новым методом получения поверхности требуемого качества является сочетание прочесов протягивания и штамповки [1].
Для апробации предложенной технологии были представлены специальный комбинированный инструмент и необходимая оснастка. В ходе испытаний выявились определенные недостатки процесса, которые в значительной степени связаны с тем, что все элементы оснастки выбирались
конструктивно. Для устранения недостатков требуется найти теоретически
обоснованные и практически подтвержденные значения таких параметров,
как углы заточки режущей части инструмента и форма рабочей части выглаживающей матрицы, припуски на обработку, скорость резания, а главное, натяг в системе. Под натягом в данном случае следует понимать разницу между размерами шестигранника детали и шестигранника первой
буферной, обжимающей матрицы (рис. 2). Оптимальное значение натяга
позволит сохранить форму внутреннего отверстия, избежать выкрашивания режущих зубьев, а значит, увеличить стойкость инструмента. К тому
же это позволит исключить появление погрешности обработки, связанной
с нарушением ориентации детали относительно пуансона при ее движении
вне рабочих элементов.
69
Известия ТулГУ. Технические науки. 2010. Вып. 4. Ч. 1
Совокупность этих обоснованно принятых решений позволит получить поверхность с заданной шероховатостью и обеспечить при этом соосность наружного шестигранника и внутреннего отверстия, не повредив
форму последнего, а также выполнить нормирование точности, как элементов инструмента, так и используемой заготовки. При этом особенно
важно определить размер шестигранника первой, буферной секции, так как
после прохождения через нее отверстие под резьбу должно обжимать пуансон. Необходимо также установить оптимальное значение первоначального зазора между этим отверстием и пуансоном. Зазор должен быть таким, чтобы, с одной стороны, усилие обжатия могло устранить его, а с
другой стороны, снятие детали съемником не должно требовать больших
усилий.
Рис. 2. Схема распределения натяга:
1 - пуансон; 2 – гайка; 3 – буферная секция;
∆ - исследуемый зазор; I – рассчитываемый натяг
Для решения поставленной задачи необходимо найти зависимость
перемещения поверхности отверстия от угла ϕ, характеризующего некий
элементарный участок обрабатываемой поверхности (рис. 3), и усилия обжатия.
70
Машиностроение и машиноведение
Рис. 3. Схема расчета натяга
Рассмотрим сегмент 1, ограниченный углом ϕ∈[0; 30 °] (см. рис. 3).
Гайка в момент прохождения буферной секции будет находиться под действием нормальной силы Р. Вследствие осевой симметрии гайки и действующих на нее нагрузок напряжения и деформации в гайке будут также
симметричны относительно ее оси. По этой же причине можно исключить
действие моментов.
По граням сегмента 1 будут действовать напряжение σ1, а в области
сегмента 2 – напряжение σ1 и напряжение σ2.
Рассмотрим статическую сторону задачи и составим уравнение статики в соответствии с принятой системой координат (см. рис. 3): ΣX = 0 и
ΣY = 0.
Вследствие симметрии элемента первое условие удовлетворяется
тождественно, а второе после подстановки выражений для усилий принимает вид
ΣY = σ1 ⋅ dF1(ϕ) + σ2 ⋅ dF2 (ϕ) ⋅ sin 30o = 0 при ϕ∈[0 °; 30 °],
(1)
где dF1(φ) – площадь элементарного сектора сегмента 1; dF1(φ ) – площадь
элементарного сектора сегмента 2,
dF1(ϕ) = dF∆ − dF0 ,
где dF∆ – площадь элементарного треугольника oab (см. рис. 3); dF0 – площадь элементарного сектора окружности oed,
71
Известия ТулГУ. Технические науки. 2010. Вып. 4. Ч. 1
dF∆ =
0.125 ⋅ S 2
cos 2 ϕ
dF1(ϕ) =
dF0 =
⋅ dϕ ;
0.125 ⋅ S 2
cos 2 ϕ
⋅ dϕ −
π⋅r
⋅ dϕ ;
360°
π⋅r
⋅ dϕ .
360°
dF2 (ϕ ) = dFR − dF0 ,
где dFR - площадь элементарного сектора oed (см. рис.3),
dFR (ϕ) = 0.5 R 2 ⋅ dϕ,
dF2 (ϕ) = 0.5 R 2 ⋅ dϕ −
π⋅r
⋅ dϕ.
360°
Таким образом, уравнение (1) принимает вид
 0.125 ⋅ S 2

π⋅r
π⋅r


σ1 
⋅ dϕ −
⋅ dϕ  + 0.5σ 2  0.5 R 2 ⋅ dϕ −
⋅ dϕ  = 0 . (2)
 cos 2 ϕ

360°
360°




Составим уравнение для определения σ1 и σ2 в перемещениях. Обозначим радиальное перемещение цилиндрической поверхности радиусом r
s
s
через u, тогда перемещение грани гайки u + du будет + d , относитель2
2
s
ное удлинение элемента d выразится формулой
2
du
.
(3)
s
d
2
Относительное удлинение в тангенциальном (окружном) направлении
ε1 =
εθ =
(r − u )sin dϕ − r sin dϕ = − u
r ⋅ sin dϕ
r
.
(4)
Рассмотрим физическую сторону задачи. Натяг в рассматриваемом
случае должен выбираться из условий отсутствия пластических деформаций во всем объеме детали. Тогда подставим зависимости между напряжениями и деформациями в соответствии с обобщенным законом Гука применительно к плоскому напряженному состоянию в следующем виде:
72
Машиностроение и машиноведение
1

(− σ1 − µσ 2 ),
ε
=
1

E

1
ε θ = (− σ 2 − µσ1 );

E
E

σ
=
(µεθ − ε1 ),
1

2
1− µ

E
σ2 =
(− εθ + µε1 ).

1 − µ2
(5)
Учитывая (3) и (4), получим




E 
u du 
− µ −
,
σ1 =
2
s
r
1− µ 

d 


2




u

E
du
σ =

.
+µ
 2 1 − µ2  r
s
d 



2

(6)
Подставив (6) в (2), получим дифференциальное уравнение в перемещениях:



E
u du  0.125s 2 π ⋅ r 
µ +

−
−
dϕ +
1 − µ 2  r d s  cos 2 ϕ 360° 

2


E u
du 
π⋅r 
 +µ
 0.5 R 2 −
+ 0 .5
 dϕ = 0.
s 
360
°

1 − µ 2  r
d 

2
Решая это уравнение, запишем
2
u 
π ⋅ r 2 
u 
2
2 π⋅r 
− µ 0.083s tgϕ −
ϕ + 0.5 0.5R −
ϕ + C = 0,
r 
360° 
r 
360° 
u=
C ⋅r
,
2 
2


π⋅r 
π⋅r 
µ 0.083s 2tgϕ −
ϕ − 0.5 0.5R 2 −
ϕ




360
°
360
°




(7)
где С – постоянная интегрирования, определяемая из граничных условий.
В данном случае граничными условиями будут
σ1 = σ2, σ1 =
73
P
,
F
Известия ТулГУ. Технические науки. 2010. Вып. 4. Ч. 1
где F – площадь поверхности калибруемой заготовки, мм2, Р – усилие обжатия, рассчитываемое по формуле
P = qF ,
где q – удельное давление обрабатываемого материала, принимаемое для
латуни 350 – 450 Н/мм [2].
Подставляя (7) в (5), находим
C


+ 
µ
2

π ⋅ r 2 
 

2
 0.5R 2 − π ⋅ r ϕ
0
.
083
0
.
5
µ
s
tg
ϕ
−
ϕ
−
 


360° 
360° 
E  

;
σ1 = −


C ⋅r
1 − µ2  + d ⋅

2 
2

 d s 
π
⋅
r
π
⋅
r
2
 − 0.5 0.5R 2 −
ϕ 
0
.
083
µ
s
tg
ϕ
−
ϕ

2 

360° 
360°  




π ⋅ r2
0.083s ⋅ tgϕ(µs − 2r ) −
ϕ(µ − 0.5) − 0.25R 2
ECµ
360°
q=−
⋅
;
2
2
1− µ  

π ⋅ r 2 
π ⋅ r 2  
ϕ − 0.5 0.5 R 2 −
ϕ
µ 0.083s 2tgϕ −




360
360
°
°
 


 
2
2 
 

π ⋅ r 2 
2
2 π ⋅ r 


ϕ − 0.5 0.5 R −
ϕ
µ 0.083s tgϕ −


 
360° 
360
°
q (1 − µ 2 )  

 
C=−
.
2
Eµ
π⋅r
0.083s ⋅ tgϕ(µs − 2r ) −
ϕ(µ − 0.5) − 0.25 R 2
360°
Подставив значение постоянной С в (7), получим
2


π ⋅ r 2 
2
2 π ⋅ r 


µ 0.083s tgϕ −
ϕ − 0.5 0.5 R −
ϕ


360° 
360
°
q (1 − µ 2 )r 

 .
u=−
⋅
2
Eµ
π⋅r
0.083s ⋅ tgϕ(µs − 2r ) −
ϕ(µ − 0.5) − 0.25 R 2
360°
(8)
В плоскости угла ϕ = 0 ° относительное удлинение сегмента 1, обозначенное через ε1, в соответствии с законом Гука, выражающим линейную зависимость деформаций от напряжений,
σ
q
ε1 = 1 = .
Е E
74
Машиностроение и машиноведение
q s
⋅ .
E 2
Подставив это выражение в (8), найдем окончательный вид формулы для определения радиального перемещения и:
Тогда перемещение и в плоскости угла ϕ = 0 ° составит: u =
2


π ⋅ r 2 
2
2 π ⋅ r 


µ 0.083s tgϕ −
ϕ − 0.5 0.5 R −
ϕ


360° 
360
°
qs q (1 − µ 2 )r 

 .
u=−
−
⋅
2
2E
Eµ
π⋅r
0.083s ⋅ tgϕ(µs − 2r ) −
ϕ(µ − 0.5) − 0.25R 2
360°
Графически это уравнение для диапазона ϕ∈[0 °; 30 °] будет иметь
следующий вид (рис.4).
Однако данное уравнение отражает идеальный случай обработки,
который не учитывает появление моментов, вызванных перекосом заготовки при прохождении ее через секции во время обработки. Этот перекос
связан с погрешностями обработки и сборки самого комбинированного
инструмента, что еще раз подтверждает необходимость обжатия гайки относительно пуансона.
Анализируя полученные результаты расчета, можно принять зазор
между гайкой и пуансоном ∆ (см. рис. 2) равным минимальному значению
перемещения стенок отверстия umin = 0,061 мм.
Для того чтобы создать необходимый натяг в системе, буферная
матрица должна иметь размер, меньший минимального размера S (см.
рис.3) получаемой заготовки: Smin = 29,9 мм. C учетом требований к точности и чистоте поверхности детали припуск, а значит, и натяг (см. рис.2)
на первой буферной секции будет составлять i = 0,1 мм.
Рис. 4. Результаты расчета
75
Известия ТулГУ. Технические науки. 2010. Вып. 4. Ч. 1
Расчет натяга является первым этапом при определении оптимальных параметров рабочих секций инструмента. В дальнейшем необходимо
установить такие параметры, как скорость резания, припуск на обработку
каждого рабочего элемента, способ охлаждения и другие параметры, позволяющие произвести окончательную корректировку параметров процесса.
Список литературы
1. Сотова Б. И., Корнева М. Отделочная обработка наружных шестигранных поверхностей на деталях из латуни специальным комбинированным инструментом // Вестник ТулГУ. Сер. Инструментальные и метрологические системы: материалы Международной юбилейной научнотехнической конференции «Инструментальные системы машиностроительных производств», посвященной 105-летию со дня рождения
С. С. Петрухина, 29-31 октября 2008 г. Тула: Изд-во ТулГУ, 2008. 56 с.
2. Малов А. Н. Технология холодной штамповки. М.: Машиностроение, 1969.
3. Писаренко Г. С., Яковлев А. П., Матвеев В. В. Справочник по сопротивлению материалов 2-е изд., перераб. и доп. Киев: Наук. думка, 1988.
M. Korneva
Computation of preload for finishing works with combined profile tool
which are carried out for brass details
It is submitted the computation of preload which takes place between sizes
of hexagonal brass nut and of first hexagonal ringing matrix of combined profile tool during
detail`s finishing works.
Key words: tightness in the system a matrix – a detail, axial and tangential pressure,
the law of Gook, relative lengthening of an element.
Получено 28.12.10 г.
76
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
5
Размер файла
407 Кб
Теги
латуни, отделочных, фасонных, pdf, расчет, инструменты, деталей, обработка, комбинированного, натяга
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа