CC BY
7
Машиностроение и машиноведение
DOI 10.47581/2022/SMTT/1.40.03 АНАЛИЗ СХЕМ ДВИЖЕНИЯ НАКАТНОГО РОЛИКА ПРИ НАКАТЫВАНИИ ВНУТРЕННЕЙ ЗАМКОВОЙ КОНИЧЕСКОЙ
РЕЗЬБЫ
Куц Вадим Васильевич, д.т.н., профессор (e.mail: kuc-vadim@yandex.ru) Зубков Дмитрий Андреевич, студент (e.mail: dmitrij.zubkov.2000@bk.ru) Юго-Западный государственный университет, Курск, Россия
В статье рассматриваются вопросы исследования применяемых схем внутренней конической замковой резьбы, путем сравнения сил и моментов, действующих на накатной ролик с применением программного комплекса DEFORMM 3D.
Ключевые слова: коническая резьба, накатной инструмент, CAD система, DEFORM 3D, моделирование, режимы, накатка, нагрузки, замковая резьба.
Коническая замковые резьбы, широко применяются в нефтегазовой отрасли на бурильных трубах, предназначенных для бурения скважин при поисках и разведке на твердые полезные ископаемые и воду. Данные резьбы имеют повышенные требования к герметичности и износостойкости.
На данный момент внутренние конические замковые резьбы получают при помощи резцов или резцовых головок.
Накатанная резьба в сравнении с резьбой, полученной резанием, обладает более точной и гладкой поверхностью, так же данный метод позволяет увеличить прочность и стойкость резьбы к износу.
Накатывание замковой конической резьбы возможно осуществить вихревым методом. Главным движение является вращение вихревой головки с закрепленными в ней накатными роликами.
Обработка внутренних конических резьб накатыванием имеет свои особенности, в настоящее время вопросы накатывания внутренней конической замковой резьбы мало изучены. В рамках выполняемого исследования существует необходимость анализа различных схем формообразования внутренней замковой конической резьбы, с позиции наименьших сил и крутящего момента действующих на накатной ролик.
Для решения поставленной задачи применялся комплекс Deform 3D, основанный на методе конечных элементов. Он позволяет смоделировать процесс получения конической резьбы, для последующего анализа поведения материала заготовки в процессе накатывания, нагрузки на инструмент, тепловыделения и т.д.
В данной статье сравнивались три схемы накатывания:
— без вращения накатной головки (рис. 1 а).
— попутное вращение накатной головки (рис. 1 б). — встречное вращение накатной головки (рис. 1 в).
Рисунок 1. Схемы накатывания конической резьбы: а) без накатной головки; б) попутное вращение накатной головки; в) встречное вращение накатной головки
Для исследования процесса накатывания в CAD системе были созданы трехмерные модели заготовки и накатного ролика. Моделирование выполнялось при следующих параметрах: внешний диаметр ролика 26 мм; частота вращение заготовки 300 об/мин; частота вращение накатной головки 3000 об/мин; подача 1278 мм/мин.
На рисунках 2-3 показаны результирующая сила и крутящий момент на накатной головке.
В процессе накатывания можно выделить две основные фазы: врезание накатного ролика в заготовку и установившейся процесс накатывания резьбы. В момент врезания сила, действующая на инструмент, плавно возрастает до того момента пока процесс обработки не станет установившемся, поэтому оценка силы и момента выполнялись при установившемся процессе накатывания.
Из графика результирующей силы (см. рис.2), действующей на инструмент видно, что наибольшая сила действует на ролик, в случае применения
схемы без вращения накатной головки. При сравнении схем с попутным и встречным вращением накатной головки можно сделать вывод, что наименьшая сила действует на накатную головку, при применении схемы со встречным вращение накатной головки.
Н
220000,00
Момент врезания
Установившийся роцесс накатывания
: ! >
0 # Ф •• •• | 1
* % ч. I , • **
...... ..■•л 1 ч ■ • # > 1 # * •••• • #■ 1 .
лг...... >—•• - - ^ 0 0,01 0,02 0,03 0, 34 0,05 0,06 0,07 0, 08 0,09 0,
Попутное движение
Без вращения
Встречное вращение
Время, С
Рисунок 2. Графики результирующей силы, действующей на накатную головку
Н/мм 115000 95000 75000 55000 35000 15000 -5000 -25000
Момент врезания
Установившийся процесс накатывания
\ п *
\ • • 1 1 / !Г 11 1 ■ , \ Л
; \ \ А н —и
7 4 ^— ■— 1 • г ъ. "А;,
0,01 0,02 0, 03 0,04 0, Э5 0,06 0, 07 0,08 0, 09 0,
■ Попутное вращение — • — Встречное вращение
Время, С
Рисунок 3. График крутящего момента накатного ролика
Из графика моментов на ролике (см. рис 5), видно, что при использовании схемы со встречным вращением накатной головки меньше, чем при схеме с попутным вращением ролика.
Изучив полученные данные, можно сделать вывод, что наиболее оптимальной, с позиции наименьших сил и моментов, действующих на ролик, является схема встречного вращения накатной головки. При данной схеме формообразования сила, действующая на накатную головку в момент обработки меньше, чем при других схемах формообразования. Так же при данной схеме момент на ролике во время установившегося процесса накатывания резьбы ниже, чем при других схемах.
Список литературы
1. Киричек, А.В. Режущий Инструмент. Инструмент и технологии резьбоформооб-разование: учебное пособие / А.В. Киричек, С.Г. Емельянов, М.Е. Ставровский и [др.]; под общ. ред. Проф., д-ра техн. наук А.В. Киричека. - Старый Оскол: ТНТ, 2014 - 200 с.
2. Афонин А.Н. Повышение эффективности накатывания резьб // Диссертация д.т.н.
- Орел 2010 г. - 408 с.
3. Железков, С. О. Анализ кинематики процесса накатки наружной резьбы / С. О. Железков, О. С. Железков, А. Б. Моллер // Моделирование и развитие процессов ОМД.
- 2009. - № 1. - С. 218-223.
4. Дульнев, К. В. Влияние упрочняющего инструмента на резьбовую поверхность / К. В. Дульнев, О. В. Мальков // Всероссийская научно-методическая конференция, посвященная 100-летию со дня рождения Н.П. Малевского : Сборник докладов, Москва, 14 февраля 2020 года. - Москва: Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет), 2020. - С. 4649.
5. Тимирязев, В. А. Технология накатывания резьб большой длины / В. А. Тимирязев, М. З. Хостикоев, Ф. Н. Чертов // Известия МГТУ МАМИ. - 2011. - № 2(12). - С. 177-180.
6. Юренкова, Л. Р. Использование 3Б-моделирования при расчете геометрических параметров режущего инструмента / Л. Р. Юренкова, А. В. Андреев, М. Е. Лиморенко // Главный механик. - 2016. - № 8. - С. 50-54.
7. Зубкова, О. С. Моделирование процесса сверления с использованием программного комплекса DEFORM-3D / О.С. Зубкова, Д. А. Зубков // В сборнике: Техника и технологии: пути инновационного развития. - сборник научных трудов 8-й Международной научно-практической конференции. Юго-Западный государственный университет. 2019. С. 143-148.
8. Государственный стандарт РФ ГОСТ Р 51245-99 «Трубы бурильные стальные универсальные. Общие технические условия».
Kuts Vadim V., Doctor of Technical Sciences, Professor (e-mail: kuc-vadim@yandex.ru) Zubkov Dmitry Andreevich, student (e-mail: dmitrij.zubkov.2000@bk.ru) Southwest State University, Kursk, Russia
ANALYSIS OF THE MOTION PATTERNS OF THE KNURLED ROLLER WHEN THE INNER LOCK CONICAL THREAD IS ROLLED
The article deals with the issues of research of the applied schemes of internal conical lock thread, by comparing the forces and moments acting on the knurled roller using the DEFORMM 3D software package.
Keywords: conical thread, knurled tool, CAD system, DEFORM 3D, modeling, modes, knurling, loads, back-end thread.
