Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
36
НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ
“Київський політехнічний інститут”
УДК 621.919.2
Паладійчук Юрій Богданович
ПРОТЯГУВАННЯ ПОРОЖНИСТИХ
ДЕТАЛЕЙ МАШИН ІНСТРУМЕНТОМ З
РЕЛЬЄФОУТВОРЮВАЛЬНИМИ СЕКЦІЯМИ
Спеціальність 05.03.01
Процеси механічної обробки, верстати та інструменти
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Київ –
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана на кафедрі експлуатації машинно-тракторного парку і ремонту машин Вінницького державного аграрного університету Міністерства аграрної політики України.
Науковий керівник –Заслужений діяч науки і техніки України, доктор технічних наук, професор ПОСВЯТЕНКО Едуард Карпович, Національний транспортний університет, професор кафедри виробництва, ремонту та матеріалознавства
Офіційні опоненти –доктор технічних наук, професор РУМБЕШТА ВАЛЕНТИН ОЛЕКСАНДРОВИЧ, Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, професор кафедри виробництва приладів
кандидат технічних наук, доцент ЧЕРНЯВСЬКИЙ Олександр Васильович, Кіровоградський державний технічний університет, доцент кафедри металорізальних верстатів та систем
Провідна установа –Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України, відділ обробки металів різанням та холодним пластичним деформуванням
Захист відбудеться 16 вересня 2002р. о 15 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.26.002.11 при Національному технічному університеті України “КПІ”за адресою: Київ, проспект Перемоги, 37, ауд.214 головного корпусу.
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного технічного університету України “КПІ”.
Автореферат розісланий 23 липня 2002 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради к.т.н., доц. Майборода В.С.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Потрібні службові характеристики порожнистих деталей машин типу гільз і циліндрів забезпечуються, головним чином, технологічними методами, тобто при виготовлені чи ремонті. При цьому процеси обробки гільз повинні гарантувати точність отвору по допустимих відхиленнях від прямолінійності осі та некруглості, необхідну шорсткість робочої поверхні та сприятливе орієнтування рисок мікрорельєфу. Ці вимоги задовільно забезпечуються технологічними процесами, заснованими на деформуючому та різальному протягуванні, які були ґрунтовно досліджені в наукових школах проф. Проскурякова Ю.Г., проф. Розенберга О.А., проф. Посвятенка Е.К. та ін. Однак, з позицій ресурсозбереження, що є надзвичайно актуальним для економіки України, дані процеси вивчені недостатньо, хоча мають суттєві резерви у напрямках економії матеріалів, з яких виготовляються деталі, і вольфрамвміщуючих інструментальних матеріалів, а також зменшення трудомісткості виготовлення виробів. Окрім того, у відомих процесах, не передбачено створення регулярних макрорельєфів оброблюваних поверхонь, які поєднували б поліпшення експлуатаційних характеристик останніх з покращенням оброблюваності технологічними методами. Стандартизовані регулярні мікрорельєфи (РМР) не придатні для цього, оскільки мають незначну глибину канавок.
Виходячи із сказаного, постановка наукового дослідження процесів протягування порожнистих деталей інструментом з рельєфоутворювальними секціями є актуальною задачею.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана в межах плану науково-дослідних робіт кафедри експлуатації машинно-тракторного парку і ремонту машин Вінницького державного аграрного університету (ВДАУ) на 1998-2001р.р., а також за договором між ВДАУ і ВАТ “АТЕКО”Турбівський машинобудівний завод за проблемою “Розробка дослідного варіанту маловідходного технологічного процесу обробки отворів гільз гідроциліндрів методом деформуюче-різального протягування”.
Мета і завдання дослідження. Мета роботи полягає у підвищенні ефективності процесів протягування порожнистих деталей машин за рахунок використання технологічних стружкоподільчих канавок для поліпшення оброблюваності різанням шляхом використання інструменту з рельєфоутворювальними секціями.
Для досягнення поставленої мети вирішувались наступні завдання:
- вивчення механіки руйнування (поділу) стружки за допомогою попередньо сформованої системи технологічних канавок (регулярних макрорельєфів);
- окреслення меж характеристик повних регулярних макрорельєфів (ПРМ) оброблюваної поверхні заготовки для технологічних потреб;
- визначення засобів та методів одержання технологічних канавок на основі протягування з вивченням механіки та кінематики рельєфоутворення;
- дослідження закономірностей механіки процесу протягування в умовах змінної ширини зрізування;
- розробка комбінованого протяжного інструменту, оснащеною рельєфоутворювальною секцією;
- дослідження властивостей поверхонь порожнистих деталей, виготовлених за запропонованою технологією;
- розробка практичних рекомендацій для створення технологічного процесу та проектування інструменту; виробнича перевірка результатів дослідження.
Об’єкт дослідження –процеси механічної обробки глибоких отворів порожнистих деталей машин.
Предмет дослідження –процеси внутрішнього комбінованого протягування відповідальних робочих поверхонь інструментом з деформуючими, різальними та рельєфоутворювальними секціями.
Методи дослідження. Механіка процесів досліджувалась на експериментальних стендах, створених на базі протяжного, стругального та інших верстатів поєднаних з вимірювальним модулем, в якому застосовувались тензометрія та осцилографування. Контактні явища та стан поверхні вивчались за допомогою методик фіксації зони деформації, визначення ступеня заповнення стружкової канавки, прискорених стійкісних досліджень та інш. сучасних методик і приладів.
Наукова новизна одержаних результатів. Вперше досліджено механіку руйнування стружки при зрізуванні припуску, попередньо поділеного технологічними канавками, і показано зв'язок між профілем останніх та характеристиками напружено-деформованого стану в зоні стружкоутворення. На основі результатів з механіки руйнування стружки вперше визначено межі характеристик макрорельєфів технологічного призначення. Досліджено та удосконалено метод отримання технологічних (контурних) канавок макрорельєфів, який ґрунтується на кінематичній схемі протягування за допомогою елементів профільного типу, що самообертаються при осьовому русі інструменту. Вперше запропоновано використовувати для рельєфоутворення спадкові властивості поверхні деталі, набуті в процесі деформуючого протягування, зокрема явище позаконтактної деформації. Вперше досліджено механіку процесу вільного ортогонального протягування зубцями з суцільною різальною окрайкою в умовах змінної ширини зрізування і виявлено при цьому позитивний вплив факторів процесу на стійкість інструменту проти спрацювання.
Практичне значення одержаних результатів. Експериментами та виробничим випробуванням доведена доцільність та висока ефективність обробки глибоких отворів деталей із конструкційних сталей і пластичних алюмінієвих сплавів протягуванням комбінованим інструментом з чорновою деформуючою, рельєфоутворювальною і різальною частинами (секціями) за один прохід безпосередньо з трубного прокату в стані поставки. Отримано експериментальні дані, необхідні для проектування та розрахунку рельєфоутворювальної та різальної секцій комбінованого протяжного інструменту. Створено методику визначення області рекомендованих значень довжини та ширини припуску при протягуванні глибоких отворів, обмеженої технологічними (контурними) канавками. Розроблено практичні рекомендації щодо розрахунку інструменту та побудови технологічного процесу виготовлення типових порожнистих деталей. Розроблено та випробувано у виробничих умовах ВАТ “АТЕКО”Турбівський машинобудівний завод ресурсозберігальний процес механічної обробки гільз гідроциліндрів вантажних автомобілів сімейств ЗІЛ та КамАЗ для міського комунального господарства. Результати досліджень включено до програм учбових дисциплін “Технологія виробництва автомобілів і тракторів”і “Ремонт сільськогосподарської техніки”, які викладаються відповідно в Національному транспортному університеті і ВДАУ.
Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційної роботи доповідались: на ІІ міжнародній науково-технічній конференції “Износостойкость машин”(Російська Федерація, Брянськ, 1996р); на ІХ міжнародному науково-технічному семінарі “Високі технології в машинобудуванні”(Харків –Алушта, 1999р.); на ІІ міжнародній конференції “Проблеми конструювання, виробництва та експлуатації сільськогосподарської техніки”(Кіровоград, 1999р.); на наукових семінарах кафедр “Експлуатація машинно-тракторного парку і ремонту машин”та “Трактори і автомобілі”ВДАУ (Вінниця, 1999 –р.р.); на 56-й науковій конференції професорсько-викладацького складу і студентів Національного транспортного університету (Київ, квітень 2000 р.); на науковому семінарі кафедри “Інструментальне виробництво”НТУУ “КПІ”(Київ, червень 2001р.); на науковому семінарі відділу обробки металів різанням та холодним пластичним деформуванням ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України (Київ, червень 2001 р.).
Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, чотирьох розділів і висновків загальним обсягом 166 друкованих сторінок основного машинописного тексту, 8 таблиць, 42 рисунків, 123 найменувань використаних джерел та 7 додатків на 26 стор.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обґрунтована актуальність дисертаційної роботи, визначена мета, сформульовані завдання дослідження, показана наукова новизна та практичне значення одержаних результатів, подані відомості про апробацію, публікації та структуру дисертації. Матеріали вступу подані в публікації [3].
У першому розділі наведено результати аналітичного огляду літературних джерел за темою дисертаційного дослідження. Проаналізовано відомі методи та засоби примусового поділу зрізуваного припуску при механічній обробці з позицій можливості їх подвійного використання: для технологічних потреб та для поліпшення експлуатаційних властивостей поверхонь деталей. Установлено, що найбільш придатним для цього є метод отримання гвинтових технологічних канавок, який грунтується на самообертанні спеціальних робочих елементів інструмента, що працює за кінематичною схемою протягування. Висловлено припущення, що ряд явищ, які супроводжують деформуюче протягування, повинні сприяти процесу заглиблення робочої поверхні рельєфоутворювальних елементів, що обертаються. Відмічено, що механіка процесів вільного ортогонального різання інструментом із суцільного різальною окрайкою при змінній ширині зрізування не досліджувались. Установлено, що в літературних джерелах описується лише загальний принцип роботи рухомих та нерухомих рельєфоутворювальних елементів протяжного інструменту. В джерелах подано лише поодинокі, суперечливого змісту, приклади практичного застосування протягування з рельєфоутворенням.
У підсумку аналітичного огляду сформульовано основні напрямки досліджень, що витікають із мети дисертаційної роботи. Результати огляду висвітлені в працях [1, 4].
У другому розділі викладено методику досліджень. Експерименти по виявленню закономірностей механіки процесу різання було проведено на стендах, створених на базі універсальних верстатів з використанням вимірювального модуля, що складався з трьохкомпонентного динамометра УДМ-600, підсилювача сигналів тензодатчиків ТОПАЗ 3-02 та шлейфового осцилографа Н 071.2. Зразки для досліджень було виготовлено із сталей марок 10; 35 і 45, а також із деформівного алюмінієвого сплаву АК6. Виробничі випробування було проведено на заготовках із стандартних гарячекатаних труб. Інструменти для дослідів було виготовлено із швидкорізальної сталі марки Р6М5. Швидкість протягування змінювалась в межах 0,02…0,2 м/с. Характеристики процесу різання було досліджено з використанням наступних методик: миттєвої зупинки та фіксації процесу з одержанням “кореня” стружки; визначення допустимого ступеня заповнення стружкової канавки; поділу технологічних складових сили різання; методики визначення стійкості та ступеня спрацювання інструменту та інших відомих і оригінальних методик. Для глибшого вивчення процесів вільного ортогонального різання зі змінною шириною зрізування у дослідженнях застосовувалось моделювання цих процесів струганням та точінням на призматичних та круглих зразках з попередньо сформованим рельєфом. Властивості поверхні, контурних канавок ПРМ і поверхневого шару досліджувались за допомогою відомих сертифікованих приладів та вимірювальних систем. Методика досліджень описана в працях [2, 5, 6, 7].
У третьому розділі наведено результати теоретико-експериментальних досліджень кінематики та механіки процесу комбінованого протягування, яке поєднує чорнову деформуючу, рельєфоутворювальну та різальну обробку круглих глибоких отворів деталей.
Вперше досліджено механіку руйнування стружки при зрізуванні припуску, попередньо поділеного технологічними гвинтовими канавками. Модель цього процесу для умов, коли низькі швидкості різання сприяють інтенсивному наростоутворенню, високим контактним напруженням та низьким температурам, що характерно для різального протягування, подано на рис. 1,а. До зустрічі зі стружкоподільчою канавкою процес має стаціонарний характер. При цьому дотична сила в площині зсуву Рзс, кути дії ω і зсуву Фзс, а також дійсний передній кут γн і складові сили різання Рzn і Рyn пов'язані між собою наступними залежностями:
, (1)
, (2)
(3)
При наближенні інструмента до стружкоподільчої канавки можливі два випадки зміни напружено-деформованого стану зони стружкоутворення і процесу різання в цілому. У першому випадку, коли глибина канавки hс є більшою, рівною чи несуттєво меншою від товщини зрізу Sz (рис.1,б), процес різання на короткий час переривається і усі явища, що його супроводжували, зникають. У цьому випадку важливо витримати умову:
, (4)
де φ –половина кута профілю канавки, а – кут, який запобігає контакту бокових стінок канавки при руйнуванні стружки.
У випадку, коли hc ≤ Sz (рис.1,в), при наближенні зуба інструмента до канавки зона стружкоутворення зустрічається з останньою, що ініціює утворення тріщини уздовж площини зсуву. В цей момент завершується формування валика стружки, який відокремлюється від зрізуваного припуску разом з наростом. В подальшому процес різання відновлюється і протікає стаціонарно до зустрічі інструмента з новою канавкою.
Рис. 1. Модель механіки процесу руйнування стружки за допомогою стружкоподільчої канавки, сформованої на припуску заготовки, при вільному ортогональному різанні з низькими швидкостями при товщинах зрізу, що перевищують глибину канавки (Sz≥hc): а –процес стаціонарного різання, коли межа зони стружкоутворення ще не досягла канавки;
б –процес руйнування стружки для випадку, коли Sz≤hc;
в –процес руйнування стружки, коли Sz<<hc.
1 –стружкоподільча канавка; 2 –різальний клин; 3 –тіло наросту; 4 –оброблюваний матеріал; 5 –зона зсуву (стружкоутворення); 6- припуск; 7 –стружка
Визначено наступні мінімальні значення кута профілю канавки для досліджувальних матеріалів 2min : 80 (сталь 10); 60 (сталь 35); 50 (сталь 45 і сплав АК6).
Мінімальна глибина стружкоподільчої канавки hCmin визначається із умови руйнування стружки при перевищенні дотичних напружень в зоні зсуву над опором зсуву оброблюваного матеріалу. При цьому отримано таку залежність:
. (5)
Для практичного застосування придатні наступні співвідношен-ня:- сталі 35 і 45;- сталь10 і - сплав АК6.
Показано, що макрорельєфи повинні бути повними, тобто такими, у яких всі стружкоподільчі (контурні) канавки перетинаються. З міркувань досягнення найвигіднішої орієнтації елемента ПРМ відносно осі отвору деталі в якості кривих, створюючих регуляризацію рельєфу, слід вибрати ліво- та правозахідні гвинтові лінії. Для симетричних ПРМ параметри рельєфу повинні знаходитись в наступних границях: глибина контурних канавок h = 0,005…5 мм; профіль контурної канавки в нормальному перерізі –трикутник з округленням дна канавки по радіусу r 0,1 h та кутом при вершині профілю 2 = 60 …120; тип елемента –чотирикутник з розмірами по діагоналях a b; відносна опорна площа Тр= 80…95%; кут нахилу сторони елемента = 8…80. Технологічна функція ПРМ полягає в примусовому поділі зрізуваного протяжкою припуску контурними канавками макрорельєфу, а експлуатаційна –забезпечується їх системою, що залишається після протягування. Досліджено метод отримання контурних канавок ПРМ, який ґрунтується на кінематичній схемі протягування копіюванням за допомогою елементів профільного типу, що самообертаються при осьовому русі інструменту. На рис. 2 показано секцію комбінованої протяжки, за допомогою якої на поверхнях отворів деталей формують ПРМ, та показано схему кінематики і механіки рельєфоутворення.
Найбільш розповсюджений діапазон значень лежить в межах /12…/3. Перетин ліво- та правозахідної канавок дає наступні розміри елемента-чотирикутника ПРМ a, b і при числі z гвинтових робочих окрайок:
а = d / z; b = d / z tg ; = arctg a/b. ( 6 )
Із розрахункової схеми (рис. 2, вид А) витікає, що кут φ∂, який окреслює потрібну довжину деформуючої окрайки АС разом з неробочою частиною АВ дорівнює:
( 7 )
Згідно з даними експериментальних досліджень, величину кута забірної частини робочих елементів при деформуючому протягуванні слід вибирати з вузького діапазону значень α∂ = 3 … 6, а довжину калібруючої стрічки, на поверхні якої α∂ = 0, - призначити рівною 0,5 … 2 мм (на рис. 2 –дуга СД).
Рис. 2. Секція комбінованої протяжки і схема кінематики та механіки рельєфоутворення пластичним деформуванням:
–деформуюче-різальний елемент-блок, що самообертається;
–деформуюча секція; 3 –упорні шарикопідшипники;
–оправка; 5 –деталь, що обробляється;
–деформуюча окрайка; 7 –зуб
Із розрахункової схеми А і NN (рис. 2) отримано значення нормальної складової Ру сили на робочій окрайці:
Ру = 2qk (tgφ + μ) S, ( 8 )
де: μ –коефіцієнт тертя (μ = 0,28 … 0,32); S –площа однієї робочої площадки, обмеженої частиною ВС спіралі Архімеда, дугою кола радіусом rгв з центральним кутом φ∂ і глибиною канавки h.
При обробці деталей із малопластичних та крихких матеріалів гвинтові канавки отримують переважно методом різання, а при обробці пластичних –методом холодного пластичного деформування. Для першого випадку отримана аналітична залежність, що дозволяє уточнити глибину контурної канавки з використанням вагового методу при відомій масі G стружки:
, ( 9 )
де: n –повне число обертів гвинтового зуба; – густина матеріалу деталі.
Глибокі канавки профілю (h > 0,5 мм), а також канавки фасонного профілю на деталях із пластичних матеріалів формуються комбінованим деформуюче-різальним блоком 1 (рис.2), що обертається. Цей блок складається з деформуючої 6 і різальної 7 частини, причому остання працює за схемою групового різання.
Явище позаконтактної деформації дозволяє управляти глибиною контурних канавок ПРМ, при розташуванні рельєфоутворювальних елементів в зоні хвилі позаконтактної деформації, збудженої в оброблюваному матеріалі останнім деформуючим елементом. Користуючись залежністю ( 9 ), можна визначити висоту хвилі уздовж її профілю, маючи інформацію про фактичну глибину канавки. Таким чином, чорнове деформуюче протягування слід застосовувати як процес, що передує рельєфоутворенню.
Дослідження механіки процесу вільного ортогонального різання після деформаційного зміцнення матеріалу в умовах змінної ширини зрізування, дало наступні результати. Перебіг процесу відбувається в умовах протидії факторів зміцнення та товщини зрізу на інтенсивність наростоутворення, тому вплив наросту зону стружкоутворення є стабільним і постійним по всій стаціонарній частині шляху різання. Значення компонентів напружено-деформованого стану наступні: коефіцієнт усадки стружки = 2.2 … 3,2; кут зсуву = 25…35; різниця між максимальними та мінімальними дотичними напруженнями в зоні стружкоутворення не перевищує 15%…30%; сама зона –звужена і задовільно апроксимується площиною. Валик стружки діаметром dc має чотири стадії формування:
; (10)
dc = h; (11)
bmax = 0,785 h Sz-1K-1 ; (12 )
На рис. 3, подано результати дослідження характеристик механіки різання поверхонь з макрорельєфом, причому область рекомендованих значень b довжини протягування АВСД заштрихована, при цьому точка перетину кривих bmax i bmin означає необхідність збільшення глибини стружкової канавки при подальшому зростанні товщини зрізу. Ширина а окремої площадки рельєфу призначається таким чином, щоб забезпечити вільне ортогональне різання без суттєвого впливу кривизни припуску на розміри валика стружки.
При значеннях довжини протягування, що не перевищують величину bmax, визначену за залежністю (12), формування валика стружки має стабільний характер без небезпечних для інструмента явищ. Мінімальне значення bmin цієї характеристики потрібно призначати, виходячи з умов формування валика, який повинен складатися хоча б з одного повного витка стружки. Умова раціонального використання стружкової канавки за нижньою межею довжини припуску описується залежністю (11). Заміна невільного ортогонального різання з постійною шириною зрізу на вільне ортогональне різання зі змінною шириною зрізу, дозволяє суттєво поліпшити динаміку процесу. Це підтверджує осцилограма сили різання, яка подана на рис. 3,в для випадку протягування з поділом припуску. Осцилограма має форму криволінійного трикутника або трапеції (на відміну від прямокутника при груповій схемі протягування), що свідчить про плавні початкову та завершальну стадії процесу.
Крім того, технологічні властивості макрорельєфів дозволяють відмовитись від традиційних стружкоподільних викружок на чорнових, напівчистових і чистових зубцях протяжки і, за рахунок цього, включати в роботу всю довжину різальної окрайки, що має наступні переваги. По-перше, з’являється можливість використання для розташування стружки 80% … 95% об’єму тороїдальної частини стружкової канавки по її довжині. По-друге, ліквідування перехідних ділянок на різальній окрайці, забезпечує підвищення стійкості і зменшення інтенсивності спрацювання інструмента в 1,5 … 3 рази. При протягуванні з використанням макрорельєфів переважають точкові кратероподібні адгезійні явища з охопленням до 50% спрацьованої поверхні, які поєднуються з поздовжніми рисками абразивного походження, утвореними частками зруйнованого наросту. Таким чином, спрацювання різальної частини інструменту має адгезійно-абразивну природу. Результати досліджень, описаних у третьому розділі, подані в публікаціях [1-7].
У четвертому розділі подано дані, необхідні для проектування та розрахунку рельєфоутворювальної та різальної секцій комбінованого протяжного інструменту; наведено результати досліджень властивостей поверхонь порожнистих деталей, описано практичні рекомендації щодо побудови технологічного процесу виготовлення типових деталей з циліндричними отворами та результати виробничих випробувань розробленого на основі дисертаційного дослідження ресурсозберігального процесу механічної обробки гільзи гідроциліндра вантажного автомобіля.
Типовий комбінований протяжний інструмент для реалізації результатів даного дослідження у виробництві (рис. 2) повинен складатися з чорнової твердосплавної деформуючої, рельєфоутворювальної та різальної секцій . Установлено, що різальні елементи профільного типу для отримання ПРМ повинні мати передній кут = 5 … 15. Величину заднього кута потрібно призначати в межах 6 … 8 , а кількість різальних окрайок –…6. Зокрема, при отриманні канавок на поверхні гільзи гідроциліндра діаметром 80 мм = 6 і z = 6 величина затилування рівнялась k = 4,4 мм. Деформуючі рельєфоутворювальні елементи - повинні мати забірний конус е = 4 … 7, стрічку довжиною 0,5…1 мм і зворотній конус. Різальна секція протяжки виготовляється суцільною із різальною окрайкою без викружок з передніми кутами = 5 … 15, задніми кутами = 1 … 3, глибиною стружкових канавок h = 1…10 мм і кроком зубців t:
t = 0,5h (4,4 - tg + 2L / b). (13)
Рис. 3. Залежності діаметра валика стружки dc, допустимого ступеня заповнення стружкової канавки К – глибиною 5 мм, коефіцієнта усадки стружки , довжини протягування bmax , bmin i bh (a) і сили різання Рz (в) від товщини зрізу Sz ,а також залежність ширини протягування а від діаметру отвору деталі d (б) при протягуванні сталей: 10 (1-HV1150 МПа; 2-HV1900 МПа); 35 (3-HV1600 МПа; 4-HV2100 МПа) i 45 (5-HV2300 МПа) зі швидкістю 0,13 м/с в середовищі сульфофрезолу-Р інструментом із сталі Р6М5 з переднім кутом 15, заднім кутом 2 і радіусом округлення різальної окрайки 7 мкм. ABCD –область рекомендованих значень довжини протягування; СЕ –межа, що показує необхідність збільшення глибини стружкової канавки при збільшенні Sz ; Р –осцилограма сили різання;
Q –одинична частина припуску, яка оконтурена гвинтовими канавками
При цьому, після розрахунку b за формулами (10 –) його величина уточнюється таким чином, щоб співвідношення L / b знаходилось в ряду цілих чисел. Це забезпечує утворення повних валиків стружки. Ширина а елемента припуску призначається таким чином, щоб забезпечити вільне ортогональне різання зі змінною шириною зрізу.
Дослідження стану поверхні деталей після комбінованого протягування дало наступні результати. Точність отворів за кривизною твірної знаходилась в межах 0,1…0,15 мм/м, а по діаметру –Н7 … Н9 при шорсткості опорної площі Rа = 0,05 … 0,15 мкм і усадці отвору, яка не перевищувала 0,08 мм. Профіль контурних канавок практично не відрізнявся від профілю рельєфоутворювальних елементів. Вивчення фотознімків макрорельєфу у плані показало фактичне співпадання характеристик останнього з характеристиками запроектованого рельєфу. З рис. 4, де показано один з фрагментів рельєфу, видно, що контурні канавки перетинають під кутом нахилу елемента поздовжні мікрориски, характерні для протягування. Завдяки цьому, а також завдяки притупленню окрайок канавок вигладжувальною секцією шляхом утворення перехідної кривої радіусом 10…20 мкм поліпшуються окремі експлуатаційні властивості деталей, зокрема пар тертя ковзання. Цьому поліпшенню сприяють також деформаційне зміцнення поверхневих шарів опорної площі і контурних канавок, включаючи їх основу, яке за показником мікротвердості сягає 50…100 %, і створення поля стискуючих тангенціальних залишкових напружень, величина яких дорівнює (0,5…0,9) ,2, тобто границі текучості матеріалу деталі.
|
Рис. 4. Фрагмент макрорельєфу, одержаний на гільзі (d = 50 мм ; L = 500 мм) із алюмінієвого сплаву АК-6 (В = 270 МПа; ,2 = 160 МПа; = 13%) комбінованою протяжкою з гвинтовими рельєфоутворювальними елементами. Характеристики рельєфу: h = 1,5 мм; a b = 18x18 мм; =45; 2 = 60; r = 0,1 мм; Тр = 92%. |
Запропоновано рекомендації для використання розробленого процесу обробки порожнистих виробів типу гільз. Характеристика деталей: діаметр отвору d = 30…165 мм; довжина L = 300 … 2 500 мм; радіальна жорсткість t / d = 0,02 … 0,2 ( t –товщина стінки); матеріал –пластичні сталі (HRC 40) та алюмінієві сплави. Швидкість протягування V = 0,02 … 0,2 м/с. Варіанти використання комбінованого інструменту: складеного з усіх секцій –за 1 прохід (переважно при d 100 мм); окремими секціями –за кілька проходів. Ресурсозберігальний процес випробувано у виробничих умовах ВАТ “АТЕКО”Турбівський машинобудівний завод при виготовленні гільзи гідроциліндра діаметром 80 мм вантажних автомобілів сімейств ЗІЛ і КамАЗ для міського комунального господарства. При цьому досягнуто підвищення коефіцієнта використання матеріалу з 0,72 до 0,91 та економічного ефекту понад 16 тис. грн. на рік при програмі 12 тис. циліндрів. Отвір гільзи d = 80Н9 мм було отримано за 1 робочий хід комбінованого інструменту безпосередньо з “чорної” заготовки. Результати досліджень, які описані у четвертому розділі, подані у всіх публікаціях за темою дисертації.
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ
1. Запропонована нова методика, технологічний процес і інструмент з рельєфоутворювальними секціями, який значно підвищить ефективність протягування глибоких отворів. З позицій ресурсозбереження, застосування розробленого методу дає можливість збільшити коефіцієнт використання матеріалу заготовки, збільшити довговічність і надійність протяжного інструменту.
2. Доведено, що найбільш ефективним методом утворення макрорельєфів є метод, який ґрунтується на кінематичній схемі протягування копіюванням за допомогою елементів профільного типу, що самообертаються при осьовому русі інструмента. Повні макрорельєфи утворюються за рахунок перетину ліво- та правозахідних канавок.
. Вперше досліджено механіку руйнування стружки при зрізуванні припуску, попередньо поділеного технологічними канавками, і показано зв´язок між профілем та глибиною останніх і характеристиками НДС в зоні стружкоутворення. Встановлено, що мінімальна глибина стружкоподільчої канавки hс визначається із умови руйнування стружки при перевищенні дотичних напружень в зоні зсуву над опором зсуву оброблюваного матеріалу.
4. Визначено межі характеристик повних макрорельєфів: глибина контурних стружкоподільчих канавок h = 0,005…5 мм; типи профілю останніх –трикутник з округленням дна канавки r ≤ 0,1h та кутом при вершині 2φ = 60…120; трапеція; частина круга (h ≤ r); трикутник з гострою вершиною; тип елемента профілю –чотирикутник; відносна опорна площа ТР = 80…95%; кут нахилу сторони елемента η = 8…80. Технологічна функція макрорельєфів полягає в попередньому поділі зрізуваного припуску перед потягуванням, а експлуатаційна –у створенні мережі каналів службового призначення.
. Виявлено вплив спадкових властивостей поверхні деталі, набутих в процесі деформуючого протягування, на перебіг рельєфоутворення. Установлено, що явище позаконтактної деформації дозволяє управляти глибиною контурних канавок макрорельєфів. Запропоновано використовувати деформуюче протягування як процес, що безпосередньо передує рельєфоутворенню.
. Досліджено механіку процесу вільного ортогонального протягування зубцями із суцільною окрайкою в умовах змінної ширини зрізування. Початкова та завершальна стадії процесу характеризуються відсутністю значущих динамічних явищ, а осцилограма сили різання має сприятливу форму криволінійного трикутника або трапеції. Визначена допустима довжина bmax елемента макрорельєфу. Технологічні властивості макрорельєфу дозволяють виконати усі зубці інструменту з суцільною різальною окрайкою. Це дає можливість використовувати для розташування стружки до 95% об`єму тороїдальної частини стружкової канавки по її довжині. Спрацювання зубців має адгезійно-абразивну природу, а підвищення стійкості різальної секції сягає 1,5…3 разів.
. Запропонований типовий комбінований протяжний інструмент, призначений для реалізації результатів даного дослідження, повинен складатися з деформуючої, рельєфоутворювальної та різальної секцій. Різальні елементи для отримання макрорельєфів повинен мати передній кут в межах значень γ = 5…15, задній кут –α = 6…8, кількість різальних окрайок –z = 2…6 і, при необхідності збереження форми і розмірів профілю, повинні затилуватись. Деформуючі рельєфоутворювальні елементи повинні мати забірний конус в межах значень α = 4…7. Отримання макрорельєфів з глибокими контурними канавками слід здійснювати із суцільною різальною окрайкою з переднім кутом γ = 15, задні кутом α = 1, видовженими двохрадіусними стружковими канавками глибиною hC = 1…10 мм. Підйоми на зуб слід вибирати із діапазону SZ = 0,01…0,2 мм.
. Розроблено рекомендації щодо результатів дисертаційного дослідження, які стосуються вибору обладнання, оснастки, схеми та режимів протягування, технологічного середовища, варіантів застосування комбінованого інструменту та окремих його секцій. Процес випробувано у виробничих умовах при виготовленні гільз гідроциліндрів силових гідросистем автомобілів сімейств ЗІЛ і КамАЗ. При цьому досягнуто підвищення коефіцієнта використання матеріалу з 0,72 до 0,91 і здійснено повне обробку отвору гільзи діаметром 80 мм за один робочий хід інструменту безпосередньо з “чорної” заготовки при сумарній економії 1,36 грн. на одну гільзу (понад 16 тис. грн. на рік).
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
Статті у наукових фахових виданнях
1. Посвятенко Е.К., Паладійчук Ю.Б. Визначення параметрів стружкороздільної канавки при деформуючому протягуванні // Вибрации в технике и технологиях. –. –№ 2. –С. 57-59 (0,45 авт.арк.).
2. Посвятенко Е.К., Паладійчук Ю.Б. Основи розрахунку протяжок для отримання гвинтових технологічних канавок // Резание и инструмент в технологических системах. –. –Вып.54. –С. 206-210 (0,30 авт.арк.).
3. Іванов Ю.М., Паладійчук Ю.Б. Сучасні ресурсозберігаючі технології виробництва та ремонту виконавчих органів гідросистем автомобілів і тракторів // Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин. –. Вип. 28. –С. 286-289 (0,25 авт.арк.).
4. Посвятенко Е.К., Паладійчук Ю.Б. Формування регулярного макрорельєфу поверхонь отворів деталей комбінованим протягуванням // Вестник Национального технического университета Украины “Киевский политехнический институт”: Машиностроение. –. –Вып. 37. –С. 256-261 (0,35 авт.арк.).
5. Посвятенко Е.К., Паладійчук Ю.Б. Особливості механіки протягування внутрішніх поверхонь з регулярним макрорельєфом при виготовленні та ремонті порожнистих деталей автомобілів і тракторів // Системні методи керування, технологія та організація виробництва, ремонту і експлуатації автомобілів. –. –Вип. 8. –С.54-57. (0,30 авт.арк.).
6. Посвятенко Е.К., Паладійчук Ю.Б. До механіки круглого внутрішнього протягування корпусних деталей автомобілів інструментом з рельєфоутворюючою та різальною секціями // Автошляховик України. –. Окремий випуск №3. –С. 89-90 (0,35 авт.арк.).
7. Посвятенко Е.К., Паладійчук Ю.Б., Іванов Ю.М. Ресурсозберігальні процеси механічної обробки гідроциліндрів автомобілів сімейств ЗІЛ і КамАЗ для комунального господарства // Системні методи керування, технологія та організація виробництва, ремонту і експлуатації автомобілів. –. –Вип. 9. –С. 89 - 97. (0,35 авт.арк.).
8. Посвятенко Е.К., Паладійчук Ю.Б. Проектування протяжок з рельєфоутворювальними секціями // Вибрации в технике и технологиях. –. –№ 2. –С. 57-61. ( 0,55 авт. арк.)
9. Берник П.С., Паладийчук Ю.Б., Пахнющий И.О. Упрочнение рабочих органов кормодробильных машин // Износостойкость машин: Тез.докл. 2-й Междунар. науч.-техн.конф. –Брянск, 1996. –С. 74 (0,05 авт.арк.).
АНОТАЦІЯ
Паладійчук Ю.Б. Протягування порожнистих деталей машин з рельєфоутворювальними секціями. –Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.01 –Процеси механічної обробки, верстати та інструменти. –Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, Київ, 2002.
Дисертацію присвячено питанням підвищення ефективності протягування порожнистих деталей за рахунок використання інструменту з рельєфоутворювальними секціями. В дисертації обґрунтовано вимоги до рельєфів подвійного призначення: технологічного та експлуатаційного. Досліджено метод отримання контурних канавок за кінематичною схемою протягування профільними елементами, що обертаються. Вивчено механіку вільного ортогонального різання при змінній ширині припуску та механіку руйнування стружки за допомогою технологічних канавок. Показано, що комбіноване протягування з рельєфоутворенням поліпшує властивості поверхонь порожнистих деталей і стійкість протяжок. Розроблено високоефективний комбінований інструмент із суцільною різальною окрайкою зубців, ресурсозберігальну технологію та практичні рекомендації щодо використання результатів дослідження.
Ключові слова: макрорельєф, технологічна канавка комбіноване протягування, порожнисті деталі, різальна окрайка, ресурсозберігальна технологія.
АННОТАЦИЯ
Паладийчук Ю.Б. Протягивание полых деталей машин инструментом с рельефообразующими секциями. –Рукопись.
Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.03.01 –Процессы механической обработки, станки и инструменты. –Национальный технический университет Украины “Киевский политехнический институт”, Киев, 2002.
Диссертация посвящена вопросам повышения эффективности протягивания полых деталей машин за счет использования инструмента с рельефообразующими секциями.
В диссертации исследована механика разрушения стружки при срезании припуска, предварительно разделённого на участки технологическими канавками, и показана связь между профилем последних и характеристиками напряжённо-деформированного состояния последнего в зоне стружкообразования. Показано, что в случае, когда глубина канавки является равной или несущественно меньшей от толщины среза, угол профиля канавки должен быть большим, чем двойное значение переднего угла инструмента с учётом нароста на величину угла, предотвращающего контакт стенки канавки с торцом сломанной стружки. В то же время, в случае, когда глубина канавки является существенно меньшей от толщины среза, разрушение стружки происходит путём возникновения и мгновенного распространения трещины вдоль условной плоскости сдвига под углом сдвига. Определены минимальные значения угла профиля канавки для обрабатываемых сталей 10; 35 и 45, а также для алюминиевого сплава АК6. Установлено, что минимальная глубина стружкоделительных канавок определяется из условия разрушения стружки при превышении касательных напряжений в зоне сдвига над сопротивлением сдвигу обрабатываемого материала. Минимальные глубины стружкоделительных канавок для исследованных материалов находятся в пределах 0,35…0,6 от толщины среза.
В диссертации обоснованы требования к полным регулярным макрорельефам и определены границы геометрических и физико-механических характеристик последних. Глубины контурных канавок макрорельефов находятся в пределах 0,005…5 мм, а типы профиля: треугольник, трапеция, сегмент. Технологическая функция макрорельефов состоит в предварительном делении припуска перед протягиванием, эксплуатационная –в создании сетки каналов служебного назначения. Предложен и исследован метод получения контурных канавок макрорельефов, базирующийся на кинематической схеме деформирующего и комбинированного протягивания копированием с помощью самовращающихся рабочих элементов профильного типа. Полные макрорельефы создаются за счёт пересечения лево- и правозаходных канавок.
Предложено использовать для получения макрорельефов наследственные свойства поверхности деталей, полученные при деформирующем протягивании, в первую очередь такие, как холодное деформационное упрочнение, остаточные напряжения и явление внеконтактной деформации.
Исследована механика процесса свободного прямоугольного и косоугольного протягивания зубьями со сплошной режущей кромкой в условиях переменной ширины резания. При этом установлено, что напряжённо-деформированное состояние зоны стружкообразования характеризуется небольшой разницей касательных напряжений на границах этой зоны (до 30 %), углами сдвига 25…35 и коэффициентами усадки стружки в пределах 2,2…3,2 при несущественном трении последней. Начальная и заключительная стадии процесса характеризуются плавностью без значительных динамических явлений. Валик стружки, возникающий при срезании отдельного участка макрорельефа в стружечной канавке, имеет три стадии стационарного формирования без опасных для инструмента явлений: возникновение первого полного витка; свободное завивание в спираль Архимеда до момента касания дна канавки; принудительное формирование валика при сближении витков спирали до момента достижения допустимой степени заполнения стружечной канавки. Показано, что технологические свойства макрорельефа позволяют выполнить все зубья инструмента со сплошной режущей кромкой. Это позволяет использовать для размещения стружки до 95% объема тороидальной части стружечной канавки по её длине. Установлено, что износ зубьев имеет адгезионно- абразивную природу, а повышение стойкости режущей секции достигает 1,5…3 раз.
Установлено, что комбинированное протягивание с образованием макрорельефа улучшает геометрические, физико-механические и эксплуатационные свойства полых деталей. Показана целесообразность и высокая эффективность обработки глубоких отверстий деталей из конструкционных сталей, а также пластичных алюминиевых сплавов протягиванием комбинированным инструментом с черновой деформирующей, рельефообразующей и режущей частями (секциями) за один проход непосредственно из трубного проката в состоянии поставки. Получены данные, необходимые для проектирования и расчета рельефообразующей и режущей секций комбинированного протяжного инструмента. Создана методика определения области рекомендованных значений длины и ширины припуска при протягивании глубоких отверстий, ограниченной контурными канавками макрорельефа. Разработаны практические рекомендации по построению технологического процесса изготовления типичных полых деталей с цилиндрическими отверстиями на основе результатов диссертационного исследования. Разработан и испытан в промышленных условиях малоотходный процесс изготовления гильз гидроцилиндров грузовых автомобилей для городского коммунального хозяйства. В этом технологическом процессе осуществляется полная обработка отверстия гильзы диаметром 80 мм за один рабочий ход инструмента. При этом достигнуто повышение коэффициента использования материала с 0,72 до 0,91.
Ключевые слова: макрорельеф, технологическая канавка, комбинированное протягивание, полые детали, режущая кромка, малоотходный процесс.
THE SUMMARY
Paladiychuk Y.B. Мachining of detailses of machines by the tool forming grooves. - Manuscript.
Thesis on competition of a scientific degree of the candidate of engineering science on a speciality 05.03.01 –processes of machining, machine tools and tools. –National engineering university of Ukraine “The Kyiv politechnical institute”, Kyiv, 2002.
In a thesis the problems of a raise of effectiveness of processes of machining detailses are considered. For this purpose is used deep technological contours. The requirements to such contours are justified. The method of deriving of grooves is investigated at the expense of rotation of the special working elements of the tool. The mechanics of free cutting is investigated at a variable breadth of a stratum of metal. The properties of surfaces of detailses obtained on a new process engineering and stability of the tool are investigated. The new effective combined tool, economical process engineering and practical recommendations is developed.
Key words: regular contour, combined handling, hub, economical process engineering, cutting edge.
Відповідальний за випуск: В. І. Задоянний
Підписано до друку 10.07.2002 р.
Формат 60х84 1/16 Папір офсетний
Віддруковано на ризографі. Обсяг 1,0 друк. арк.
Зам. № 329/2002 Тираж 100 прим.
__________________________________________________________________
Адреса редакції та поліграфпідприємства
Вінницький державний аграрний університет,
21008 Україна, м. Вінниця, Сонячна 3