CC BY
13
2 ways of sending the cartridge into the chamber are considered: the triangular law of sending and the trapezoidal law of sending. The schemes of operation of each of the considered options are given. It si shown that the trapezoidal law of sending can be considered the most expedient. Key words: shooting, sending a cartridge, triangular law, trapezoidal law.
Motalo Roman Vladimirovich, magister, operator of MIT «ERA», motalo1998@gmail.com, Russia, Anapa, FGAU«MIT«ERA»
УДК 621.9; 62-294
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-3-548-556
ЭФФЕКТИВНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ УПРУГИХ ДЕФОРМАЦИЙ НЕЖЁСТКИХ ЗАГОТОВОК ДЕТАЛЕЙ ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ ТОЧНОСТИ ИХ ОБРАБОТКИ
А.С. Серков, В.Б. Масягин, Л.Б. Серкова
В работе приведён способ и рекомендация эффективного использования упругих деформаций нежёстких заготовок деталей для увеличения точности их обработки. Приведён пример использования 3-х кулачкового патрона для имитации работы 12-ти кулачкового патрона. Даны рекомендации для использования данного способа для нежёстких заготовок зубчатых колёс, шестерней, сателлитов и т. п. деталей.
Ключевые слова: Упругие деформации (перемещения) колец, втулка, зубчатое колесо, закрепление нежёстких заготовок.
Производство точных нежёстких деталей типа колец, втулок, зубчатых колёс и т. п., имеет трудности, связанные с обеспечением точности формы обрабатываемых диаметральных поверхностей таких деталей.
Механизм возникновения отклонений размеров и формы обработанных поверхностей при разных схемах закрепления принципиально одинаков. Заготовка, упруго деформируется из-за действия сил закрепления, после чего механически обрабатывается (точение, фрезерование, шлифование, и т. д.), а затем раскрепляется. При этом упругие деформации исчезают, в результате действия которых обработанные поверхности изменяют размеры, формы и расположение. При этом возникшие отклонения размеров, формы и расположения поверхностей готовых деталей равны по величине, но противоположны по направлению отклонениям, возникающим при закреплении заготовок до механической обработки. Такое свойство можно использовать во благо обеспечения необходимых размеров, форм и точности обработки нежёстких заготовок.
Правильный подход при проектировании технологического процесса механосборочного производства требует учёта влияния технологии на надёжность и качество выпускаемой продукции. Поэтому изучение деформаций заготовок при закреплении в станочных приспособлениях и их влияние на точность обработки привлекает всё большее внимание.
При закреплении нежёстких заготовок погрешность формы зависит от числа кулачков и усилия закрепления. В работах [1-17] доказано, что при увеличении количества зажимных кулачков погрешность геометрической формы заготовок заметно уменьшается.
Технологической наследственностью называется перенесение на готовое изделие в процессе его обработки погрешностей, механических и физико-химических свойств исходной заготовки или свойств и погрешностей, сформировавшихся у заготовки на отдельных операциях изготовления изделия [18].
Проявление технологической наследственности может привести как к улучшению, так и к ухудшению технологических и эксплуатационных свойств деталей [18].
Исходя из вышесказанного при помощи упругих деформаций (технологической наследственности) можно получать необходимую точность обработки нежёстких заготовок деталей, при помощи применения 3-х кулачкового патрона имитируя работу многокулачкового патрона (более 3 кулачков).
В данной статье будет рассмотрен предлагаемый способ эффективного использования упругих деформаций на примере нежёсткой заготовки типа кольца (см. рис. 1) с применением 3-х кулачкового патрона имитируя работу 12-ти кулачкового патрона. Рассмотрим на примере операции - обработка отверстия. Радиус отверстия заготовки - гз=23 мм.
На рис. 2 представлен эскиз готовой детали. Требуемый радиус отверстия готовой детали - Гд=23,2 мм.
г=ЯД2
д
Рис. 2. Готовая деталь
Суть способа заключается в том, что операцию точение, растачивание, шлифование наружной или внутренней диаметральной поверхности нежёсткой заготовки нужно разделить на 4 операции и далее удалять припуск заготовки сегментами по мере упругих деформаций.
Для этого на торце нежёсткой заготовки, до операции обработки отверстия, необходимо нанести 4 группы рисок, каждая группа рисок отвечает за свою операцию. Риски можно заменить на полосы от маркера. Все риски находятся друг от друга на равном угловом расстоянии. В случае применения 3-х кулачкового самоцентрирующего патрона каждая группа имеет по 3 риски, количество рисок в одной группе равно количеству кулачков имеющегося в наличии самоцентрирующего патрона. Риски предназначены для того, чтобы производить выверку нежёсткой заготовки относительно зажимных кулачков на определённой операции (см. рис. 3; рис. 4; рис. 5; рис. 6;).
Задача заключается в том, что нежёсткую заготовку необходимо закрепить по рискам таким образом, чтобы величина деформации Lдn равнялась припуску 2п, где п - номер операции.
Количество кулачков у имеющегося самоцентрирующего патрона:
-^Имеющ. 3 шт.
Общее количество рисок равняется количеству кулачков имитируемого самоцентрирующего патрона:
Кобщ. рис. ^Имит. ^Имеющ. ^ 34 12 ШГ.
Расчёт угла, на котором риски равнорасположены друг от друга:
360° 360°
рис. 12
Расчёт величины припуска для всех операций:
= гд — гз = 23,2 — 23 = 0,2 мм.
Соответственно для работы данного способа необходимо выполнять условие:
ЬдП =!п = 0,2 мм.
Величина деформации Ьдп зависит от усилия закрепления Р„, поэтому для выполнения данного условия величина деформации Ьдп рассчитывается таким образом, чтобы выполнялось условие Lдn=Zn, расчёт Ьдп выполняется по методике [19].
При закреплении тонкостенного кольца в 3-х кулачковом самоцентрирующем патроне возникают упругие деформации тонкостенного кольца. В местах Ап возникают упругие деформации растяжения, а в местах Бп упругие деформации сжатия (рис. 3, а; рис. 4, а; рис. 5, а; рис. 6, а;).
Расчёт угла мест Бп:
360° 360° Ъ=-=-= 60°
2^КИмеющ. 2^3
Расчёт деформации в местах А1:
ГА1 =гз = 23 — 0,2 = 22,8 мм;
Далее заготовка механически обрабатывается на припуск:
= 0,2 мм.
Расчёт радиуса обработки:
гобр. ! = гА1 +2-1 = 22,8 + 0,2 = 23 мм.
После механической обработки в закреплённом состоянии нежёсткая заготовка имеет правильную и точную форму обработанного отверстия (рис. 3, б), а после раскрепления (рис. 3, в) её из 3-х кулачкового самоцентрирующего патрона форма её отверстия из-за обратных упругих деформаций приобретает неправильную и неточную форму, а именно получает зеркальную форму, которая была на момент её закрепления (рис. 3, а), следовательно, величина погрешности формы отверстия численно равна величине деформации:
В результате исчезновения упругих деформаций на этапе раскрепления нежёсткой заготовки детали с 3-х кулачкового самоцентрирующего патрона получается, что: гБ1 = гА1 +г1 + 1п1 = 22,8 + 0,2 + 0,2 = 23,2 мм.
Рис. 3 Операция № 1: а - закрепление нежёсткой заготовки; б - обработка (растачивание, шлифование и т. д.) нежёсткой заготовки; в - раскрепление нежёсткой заготовки
Далее необходимо закрепить заготовку по 2-ой группе рисок развернув её относительно первой группы рисок на 180° (рис. 4, а).
Расчёт деформации в местах А2:
ГА2 =гобр. 1 -¿дг = 23 - 0,2 = 22,8 мм;
Далее заготовка механически обрабатывается на припуск:
= 0,2 мм.
Расчёт радиуса обработки:
^обр. 2=гА2+^2 = 22,8 + 0,2 = 23 мм.
После механической обработки в закреплённом состоянии нежёсткая заготовка имеет правильную и точную форму обработанного отверстия (рис. 4, б), а после раскрепления (рис. 4, в) её из 3-х кулачкового самоцентрирующего патрона форма её отверстия из-за обратных упругих деформаций приобретает неправильную и неточную форму, а именно получает зеркальную форму, которая была на момент её закрепления (рис. 4, а), следовательно, величина погрешности формы отверстия численно равна величине деформации:
В результате исчезновения упругих деформаций на этапе раскрепления нежёсткой заготовки детали с 3-х кулачкового самоцентрирующего патрона получается, что: ГБ2 =ГА2 +¿2 +1п2 = 22,8 + 0,2 + 0,2 = 23,2 мм.
ГфГ $23 ь?
Рис. 4. Операция № 2: а - закрепление нежёсткой заготовки; б - обработка (растачивание, шлифование и т. д.) нежёсткой заготовки; в - раскрепление нежёсткой заготовки
Далее необходимо закрепить заготовку по 3-ей группе рисок (рис. 5, а).
551
Расчёт деформации в местах А3:
газ =гобр. 2 -¿дз = 23 - 0,2 = 22,8 мм;
Далее заготовка механически обрабатывается на припуск:
= 0,2 мм.
Расчёт радиуса обработки:
Побр. з=гАз+23 = 22,8 + 0,2 = 23 мм.
После механической обработки в закреплённом состоянии нежёсткая заготовка имеет правильную и точную форму обработанного отверстия (рис. 5, б), а после раскрепления (рис. 5, в) её из 3-х кулачкового самоцентрирующего патрона форма её отверстия из-за обратных упругих деформаций приобретает неправильную и неточную форму, а именно получает зеркальную форму, которая была на момент её закрепления (рис. 5, а), следовательно, величина погрешности формы отверстия численно равна величине деформации:
^пЗ =^дз
В результате исчезновения упругих деформаций на этапе раскрепления нежёсткой заготовки детали с 3-х кулачкового самоцентрирующего патрона получается, что: Гбз =газ +73+1п3 = 22,8 + 0,2 + 0,2 = 23,2 мм.
Рис. 5 Операция № 3: а - закрепление нежёсткой заготовки; б - обработка (растачивание, шлифование и т. д.) нежёсткой заготовки; в - раскрепление нежёсткой заготовки
Далее необходимо закрепить заготовку по 4-ой группе рисок развернув её относительно 3-ей группы рисок на 180° (рис. 6, а).
Расчёт деформации в местах А4:
гаа = гобр. з -¿д4 = 23 - 0,2 = 22,8 мм; Далее заготовка механически обрабатывается на припуск:
= 0,2 мм. 552
Расчёт радиуса обработки:
гобр. 4 = гА4 + 74 = 22,8 + 0,2 = 23 мм.
После механической обработки в закреплённом состоянии нежёсткая заготовка имеет правильную и точную форму обработанного отверстия (рис. 6, б), а после раскрепления (рис. 6, в) её из 3-х кулачкового самоцентрирующего патрона форма её отверстия из-за обратных упругих деформаций приобретает неправильную и неточную форму, а именно получает зеркальную форму, которая была на момент её закрепления (рис. 6, а), следовательно, величина погрешности формы отверстия численно равна величине деформации:
В результате исчезновения упругих деформаций на этапе раскрепления нежёсткой заготовки детали с 3-х кулачкового самоцентрирующего патрона получается, что: гБ4 =гА4 + г4 + Ьп4 = 22,8 + 0,2 + 0,2 = 23,2 мм.
Рис. 6. Операция № 4: а - закрепление нежёсткой заготовки; б - обработка (растачивание, шлифование и т. д.) нежёсткой заготовки; в - раскрепление нежёсткой заготовки
Вывод. Правильная и точная форма отверстия формируется путём удаления припуска и путём возникновения обратных упругих деформаций, что подтверждается аналитически, а именно:
*В1 =ГБ2 = ?БЗ = ?Б4 = 23,2 мм.
Таким образом, получается, что размер и форма отверстия формируется за счёт исчезновения упругих деформаций. Данный способ имеет научную новизну, который позволяет эффективно использовать упругие деформации для получения правильных и точных форм поверхностей, включая наружные и внутренние диаметральные поверхности, при помощи имитации многокулачковых самоцентрирующих патронов из 2-х или 3-х кулачковых самоцентрирующих патронов. Также данный способ может быть использован при обработке точных нежёстких деталей типа зубчатые колёса, шестерни, сателлиты и т. п.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 20-38-90226.
Список литературы
1. Кован В.М., Корсаков В.С., Косилова А.Г., Калинин М.А., Капустин Н.М., Солодов М.Д. Основы технологии машиностроения; Под ред. В.С. Корсакова. 4-е изд., перераб. и допол. М.: Машиностроение, 1977. 416 с.
2. Бердашев Р.С. Магистерская диссертация. Исследование технологических методов обеспечения точностных показателей качества термически упрочняемых зубчатых колес, РУДН, 2014. 85 с.
3. Жедь О.В., Копылов В.В. Влияние формы отверстия зубчатого венца на его предварительное напряжённое состояние при сборке с базовой деталью Часть 1 // Грузовик. 2017. № 12. С. 14-15.
4. Жедь О.В., Копылов В.В. Влияние формы отверстия зубчатого венца на его предварительное напряжённое состояние при сборке с базовой деталью Часть 2 // Грузовик. 2018. № 1. С. 18-22.
5. Кошеленко А.С., Позняк Г.Г., Сингх Д.К. Основы базирования в металлообработке: Учеб. пособие. М.: Изд-во РУДН, 2003. 150 с.
6. Маликов А.А., Малахов Г.В., Михайлов А.В. Определение параметров зубчатого венца заготовок с предварительно оформленными зубьями // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2017. Вып. 8. Ч. 1. С. 344-353.
7. Рогов В.А., Кошеленко А.С., Хишова Е.С. Исследование напряжённого состояния зубчатого венца на оптических моделях от сил зажима в самоцентрирующем патроне // Вестник Российского Университета Дружбы Народов. Серия: инженерные исследования. М.: Изд-во РУДН, 2015. № 4. С. 29-37.
8. Рогов В.А., Кошеленко А.С., Хишова Е.С. Исследование методом фотомеханики напряженно-деформированного состояния зубчатого венца, вызванного зажимом в самоцентрирующем патроне при механической обработке // Вестник МГТУ «Станкин». 2015. № 4 (35). С.36-41.
9. Рогов В.А., Кошеленко А.С., Жедь О.В., Хишова Е.С. Исследование методом фотомеханики напряженно-деформированного состояния зубчатого венца от сил зажима в самоцентрирующем патроне на этапах механической обработки // Грузовик. 2016. № 2. С. 19-22.
10. Рогов В.А., Кошеленко А.С., Хишова Е.С. Исследование напряженного состояния зубчатого венца на оптических моделях от сил зажима в самоцентрирующем патроне // Технология машиностроения. 2016. № 3. С. 10-14.
11. Рогов В.А., Жедь О.В. Влияние предварительного напряжённого состояния зубчатого венца вследствие натяга с базовой деталью в расчётах на изгибную прочность зуба // Технология машиностроения. 2018. № 8. С. 31-39.
12. Серков А.С., Масягин В.Б., Серкова Л.Б. Анализ напряжённо-деформированного состояния заготовки шестерни при различных схемах закрепления // Метрология, стандартизация и управление качеством: Материалы V Всероссийской научно-технической конференции. Омск: Омский Государственный Технический Университет, 2020. С. 190-203.
13. Серков А.С., Масягин В.Б., Серкова Л.Б. Исследование напряжённо-деформированного состояния заготовки зубчатого колеса на математических моделях // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 5. С. 362-373.
14. Серков А.С., Масягин В.Б., Артюх Р.Л., Серкова Л.Б., Акимов В.В. Исследование напряжённо-деформированного состояния заготовки зубчатого колеса с применением математических моделей в зависимости от сил зажима в 3-х и 6-ти кулачковых самоцентрирующих патронах // Омский научный вестник. 2020. № 4 (172). С. 13-18.
554
15. Серков А.С., Масягин В.Б., Серкова Л.Б. Оптимизация технологии производства шестерней, зубчатых колёс, сателлитов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 4. С. 134-139.
16. Серков А.С., Масягин В.Б. Методика расчёта сил закрепления зубчатого колеса при шлифовании центрального отверстия // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 5. С. 432-437.
17. Zhed O., Koshelenko A., Khishova K. The effect of the stressed state of the ring gear due to interference with the base part in calculating the flexural strength of the tooth // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 709, Issue 2. P. 022035-1-022035-8. DOI: 10.1088/1757-899X/709/2/022035.
18. Маталин А.А. Технология машиностроения. Учебник. 4-е изд., стер. М.: Издательство «Лань», 2016. 512 с.
19. Серков А.С., Масягин В.Б., Серкова Л.Б. Упругие деформации колец и втулок при их закреплении в самоцентрирующих патронах и их влияние на точность механической обработки // Известия Тульского государственного университета. Технология машиностроения. 2022. Вып. 2. С. 533-552.
Серков Александр Сергеевич, аспирант, младший научный сотрудник, Sanya_93@bk.ru, Россия, Омск, Омский государственный технический университет,
Масягин Василий Борисович, канд. техн. наук, профессор, masaginvb@mail.ru, Россия, Омск, Омский государственный технический университет,
Серкова Любовь Борисовна, аспирантка, старший преподаватель, Lubash-ka_2010@mail.ru, Россия, Омск, Омский государственный технический университет
EFFECTIVE USE OF ELASTIC DEFORMATIONS OF NON-RIGID WORKPIECES OF PARTS TO INCREASE THE ACCURACY OF THEIR PROCESSING
A.S. Serkov, V.B. Masyagin, L.B. Serkova
The paper presents a method and recommendation for the effective use of elastic deformations of non-rigid workpieces ofparts to increase the accuracy of their processing. An example of using a 3-cam cartridge to simulate the operation of a 12-cam cartridge is given. Recommendations are given for using this method for non-rigid workpieces of gears, satellites, etc. parts.
Key words: Elastic deformations (displacements) of rings, bushing, gear wheel, fixing of non-rigid workpieces.
Serkov Alexander Sergeevich, postgraduate, junior researcher, Sanya_93@bk.ru, Russia, Omsk, Omsk State Technical University,
Masyagin Vasily Borisovich, candidate of technical sciences, professor, Masa-ginvb@,mail.ru, Russia, Omsk, Omsk State Technical University,
Serkova Lyubov Borisovna, postgraduate, senior lecturer, Lubashka_2010@mail.ru, Russia, Omsk, Omsk State Technical University
