CC BY
45
2. Дёмкин Н.Б., Рыжов Э.В. Качество поверхности и контакт деталей машин. М.: Машиностроение, 1981. 224 с.
3. Рыжов Э.В., Суслов А.Г., Фёдоров В.П. Технологическое обеспечение эксплуатационных свойств деталей машин. М.: Машиностроение 1979. 176 с.
4. Тарасенко В.С. Методы и аппаратура для определения фактической площади контакта. М.: ГОСИНТИ, 1961.
5. Ахматов А.С. Молекулярная физика граничного трения. М.: Физматгиз. 1963. 472 с.
6. Васильев А.С., Грязев В.М., Ямников А.С. Функционально связанные сборочные размерные цепи, обеспечивающие нормированный контакт поверхностей /Сборка в машиностроении, приборостроении. № 5. 2012. С.36-40.
V.M. Gryazev
DEFINITION OF FAKTICHESKAYA SQUARE OF CONTACT SURFACES OF COOPERATING DETAILS
Methods of determination of the actual area of contact of real surfaces are considered. Their comparative characteristics are given. It is shown that among exact methods the simplest is adhesive with a vacuum dusting of coal films. However in shop conditions control methods of contact of surfaces on paint or a soot are more acceptable.
Key words: contact area, real surfaces, control methods of a print of surfaces.
Получено 17.10.12
УДК 621.9
Д.П. Волков, ассист., (4872) 40-96-60, dreamslider@mail.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
А.С. Ямников, д-р техн. наук, проф.,(4872) 33-23-10, tms@tsu.tula.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
КОМПЛЕКСНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВИНТОВЫХ ПРЕССОВЫХ ОПРАВОК
Приведен метод нанесения винтовых впадин на внутренних поверхностях цилиндрических заготовок. Рассмотрены факторы, препятствующие свободному снятию винтовой оправки с обработанной заготовки. Предложена комплексная технология изготовления винтовых многозаходных оправок.
Ключевые слова: оправка, прямобочный профиль, винтовые впадины, обкаточный инструмент, хонингование.
В специальных отраслях машиностроения существует ряд деталей, имеющих форму цилиндра, на внутренних поверхностях которых выполнены углубления в виде наклонных разнонаправленных винтовых канавок. Главными недостатками подобных изделий являются неудовлетворительные показатели основного действия из-за повышенной толщины стенки
корпуса, а также высокая трудоемкость нанесения винтовых канавок на внутренней поверхности корпуса, что ограничивает серийное производство. При выполнении корпуса изделия сборным упрощается технологический процесс формирования сетки пересекающихся впадин на внутренней поверхности цилиндрической оболочки. Так, сетку спиральных впадин наносят на трубчатую штучную заготовку [1].
Нанесение винтовых впадин осуществляется путем обжатия заготовки корпуса изделия на винтовой оправке при протягивании их через кольцевую матрицу на гидравлическом прессе. Схема получения канавок приведена на рис. 1.
Рис. 1. Схема получения канавок: а - заготовка; б - заготовка после первой операции; в - заготовка после второй операции
Зубья пуансона, имеющие треугольную форму в нормальном сечении, расположены по винтовой линии на его цилиндрической поверхности. Винтовые оправки имеют большую длину, в несколько раз превышающую их диаметр, и зубья, расположенные по всей длине их рабочей части. Эти качества приближают их по технологии изготовления к шлицевым валам и косозубым зубчатым колесам. Рассмотренный метод формирования винтовых впадин на внутренней поверхности цилиндрической заготовки является простым и эффективным. Он не требует сложного и дорогостоящего инструмента или оборудования. Инструмент может быть изготовлен на универсальном доступном оборудовании.
Однако и у этого метода есть свои недостатки. При извлечении оправки из оболочки возникают значительные усилия, несмотря на применение смазывающей жидкости, которые способны привести к разрушению заготовки или инструмента. В связи с этим операцию обжатия разделяют на несколько этапов в зависимости от длины обрабатываемой заготовки и соответственно возникающих при этом усилий. В значительной мере свободному снятию оправки мешают погрешности формы, получаемые в процессе обработки самой винтовой оправки. При ее изготовлении в условиях единичного и опытного производства нет возможности учесть и обеспечить требуемую точность изготовления.
Обычно технология обработки заготовок состоит из трех операций: получения винтовых канавок одного направления, получения канавок противоположного направления и калибровки детали для уточнения внутреннего и наружного диаметров, а также получения прямолинейности образующих цилиндров [2]. В случае изготовления опытной партии деталей применение обработки на токарном станке вполне целесообразно ввиду простоты изготовления и низкой стоимости режущего инструмента.
С изменением типа производства обработка впадин оправки резцами становится не целесообразной, появляется необходимость в применении более производительного инструмента, например, инструмента червячного типа.
В процессе обработки наиболее интенсивный износ имеют зубья фрезы, которые срезают металл тремя кромками. В большинстве случаев при срезании стружки зубьями червячной фрезы толщины стружек будут не одинаковыми со стороны входной и выходной кромки. В результате этого происходит отклонение схода стружки от нормали к режущим кромкам. Рост деформации вызывает давление на переднюю поверхность, что увеличивает износ, поэтому он на выходной кромке может быть больше, чем на входной. Значительный износ передней и задней поверхности выходной кромки является следствием интенсивной деформации сдвига срезаемого слоя. В результате высоких значений пластической деформации в зоне обработки при резании инструментом трапецеидальной формы регистрируются большие силы резания.
Для уменьшения отклонения стружки от входной кромки к выходной можно увеличить толщину стружки, срезаемой вершинной кромкой. В результате чего деформация сдвига и смятия на выходной кромке будет снижена. С этой целью применяют измененные схемы резания - вершино-нагруженную и прогрессивную. Тангенциальная составляющая силы резания при использовании стандартных фрез значительно выше, чем при применении фрез с прогрессивной схемой резания. При применении фрез с вершинонагруженной схемой сила резания больше, чем при резании прогрессивными фрезами, но меньше, чем стандартными. Это объясняется разной степенью деформации срезаемых слоев. Резание фрезой с прогрессивной схемой резания близко по условиям свободному резанию.
Стандартная фреза срезает металл тремя или двумя кромками, что приводит к образованию стружки П-образной формы и ухудшению условий формообразования, повышению деформации сдвига и возникновению деформации смятия. В отличие от подобного резания резцом деформация стружки будет выше при фрезеровании, так как боковые кромки зуба будут срезать слои металла неодинакового поперечного сечения, что приведет к отклонению схода стружки от нормали к вершине. В среднем сила резания прогрессивными фрезами будет в 1,2 - 1,6 раза меньше сил резания стандартными фрезами. Сила резания фрезами с вершинонагруженной схемой в 1,18 - 1,33 раза меньше сил резания стандартными фрезами.
В ходе обработки при вращении фрезы из-за колебания силы резания происходит изменение межосевого расстояния фрезы и заготовки, приводящее к радиальному биению и погрешности профиля нарезаемого зуба. В случае применения фрез с прогрессивной или вершинонагружен-ной схемой резания сила резания в ходе обработки изменяется менее интенсивно. У фрез с измененной схемой резания, в частности, у фрез с прогрессивной схемой, в профилировании нарезаемых зубьев участвует в два раза меньше зубьев, чем у стандартных фрез, что вызывает огранку. В большей степени это касается заготовок с малым числом зубьев.
Применение вершинонагруженной и прогрессивной схем резания практически не оказывает влияния на шероховатость поверхности в отличие от направления подачи. При попутном фрезеровании для всех схем резания наблюдается снижение высоты микронеровностей. Наибольшее влияние направление - подачи оказывает при обработке стандартными фрезами и наименьшее вершинонагруженными и прогрессивными [3].
Исходя из вышесказанного, является целесообразным применить для обработки винтовых многозаходных канавок червячную однозаходную фрезу с прогрессивной схемой резания. Методика проектирования таких фрез, в том числе и для обработки впадин с прямолинейным профилем, как с прямолинейными, так и с винтовыми образующими не имеет принципиальных отличий от проектирования стандартных фрез. Определение параметров этих фрез ведется по справочной литературе и общим рекомендациям, принятым на различных предприятиях. Но наличие модифицированных (одновременно зауженных и завышенных) зубьев у фрез с прогрессивной схемой резания привносит некоторые особенности в процесс их проектирования. Так, например, для сокращения трудоемкости изготовления фрез число их зубьев принимаем четным.
Из-за упругих отжатий в процессе обработки возникает бочкооб-разность оправки. Погрешности профиля выступа оправки также создают дополнительные затруднения при вывинчивании оправки из оболочки после снятия нагрузки.
При отсутствии погрешностей или их малых значениях упругого восстановления должно быть достаточно для свободного извлечения оправки из обработанной оболочки. Однако погрешности препятствуют свободному выходу инструмента после обработки, требуя значительных усилий при извлечении оправки (рис. 2).
На рис. 2 D0 и <П - внутренний диаметр обрабатываемой заготовки и наружный диаметр оправки соответственно; £0 и £П - ширина впадины на заготовке и ширина выступа оправки.
Рис. 2. Погрешности оправки, препятствующие ее извлечению
Частично получаемые погрешности устраняются введением коррекции при обработке, если она производится на станке с ЧПУ. Однако для достижения высокой точности профиля выступа и устранения бочкообраз-ности необходимо ввести дополнительную отделочную операцию обработки винтовой оправки.
По степени точности винтовую многозаходную оправку можно отнести к ответственным деталям. К таким деталям предъявляются высокие требования к точности и шероховатости поверхности: некруглость менее 1 мкм, волнистость менее 0,2 мкм, нецилиндричность и непрямолинейность образующей менее 2...5 мкм, параметр шероховатости Ra = 0,02... 0,8 мкм, отсутствие дефектного слоя металла.
Такие высокие требования можно обеспечить, применив процессы доводки и суперфиниширования. К таким процессам относятся процессы абразивной обработки, например, хонингование абразивными брусками из стандартных и сверхтвердых материалов. Как правило, процесс происходит при одновременном вращательном и возвратно-поступательном движении хонинговального инструмента.
При шлифовании контакт поверхностей инструмента и заготовки осуществляется по поверхности с малой площадью. В отличие от шлифования при хонинговании контакт поверхностей значительно увеличивается. Например, при обработке плоскостей или отверстий контакт осуществляется по всей рабочей поверхности. Такой контакт увеличивает производительность и способствует более точному исправлению погрешностей формы обрабатываемой заготовки. При хонинговании в отличие от шлифования давление на поверхность заготовки в месте ее контакта с абразивным бруском значительно (в 10-100 раз), меньше и находится в интервале 0,1.1,0 МПа. Скорость резания так же значительно ниже (10.100 м/мин), чем при шлифовании. Эти факторы способствуют снижению выделения температуры в зоне обработки, что принципиально важно при применении алмазных хонинговальных брусков. Так, в зоне обработки температура не превышает 150.200 °С. Кроме ограничений по применению алмазного инструмента, снижение температуры предотвращает поверхностные де-
фекты обработанного материала из-за высокой температуры и не приводит к возникновению остаточных напряжений и короблению изделий [4].
Так, принцип действия предложенной конструкции хонинговальной головки заключается в следующем. Алмазные бруски крепятся механически, для этого в сегменте кольца выбирают паз для базирования бруска. Сегменты колец устанавливают в деформируемую гильзу, имеющую продольную прорезь. Обжимной конус, имеющий резьбу на внешней цилиндрической поверхности, через шарики действует на разрезную гильзу, которая сжимается и перемещает алмазные бруски в радиальном направлении. Гильза опирается на корпус через шарики.
В условиях рассматриваемого производства обработка хонингова-нием осуществляется на универсальном токарном станке (рис. 3).
При обработке оправки с четным количеством зубьев бруски устанавливаются симметрично и постепенно поджимаются обжимным конусом. Вращение обжимного конуса, сегментов колец и брусков осуществляется за счет винтового направления зубьев.
Расчеты показывают, что применение подобной технологии практически полностью устраняет продольные погрешности пуансона, существенно снижает шероховатость его поверхности (с 1,6 до 0,25 мм).
1. Способ формирования многозаходных спиральных рифлей: пат. 2316403 Рос. Федерация, МПК7 В 21С 37/20. № 2006106113/02; заявл. 28.02.06; опубл. 10.02.08, Бюл. №8. 8 с.: ил.
2. Волков Д.П., Ямников А.С. Методика расчета диаметров инструмента для получения цилиндрических заготовок // Известия ТулГУ. Технические науки. 2010. Вып. 2. Ч 1. С. 140-146.
3. Медведицков С.Н. Высокопроизводительное зубонарезание фрезами. М.: Машиностроение, 1981. 105 с.
Рис. 3. Процесс хонингования впадин оправки
Список литературы
4. Абразивная и алмазная обработка материалов: справочник; под ред. д-ра техн. наук проф. А.Н. Резникова. М.: Машиностроение, 1977. 391 с.
D.P. Volkov, A.S. Yamnikov
INTEGRATED TECHNOLOGY OF MANUFACTURING OF SPIRAL MULTIPLE-THREAD ARBORS
The making method of spiral sockets on internal surface of cylindrical storages is considered here. Factors that obstruct free removal of spiral arbor from finished storage are investigated. Integrated technology of manufacturing of spiral multiple-thread arbors is suggested.
Key words: arbor, straight line profile, spiral sockets, worm tool, hone.
Получено 17.10.12
УДК 621.7.57
И.В. Григоров, первый проректор, (4872) 33-23395, ivgtsu@gmail .com (Россия, Тула, ТулГУ),
А. А. Маликов, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой (4872) 35-53-58, andrej-malikov@yandex.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
А.С. Ямников, д-р техн. наук, проф. (4872) 33-23-10, yamnikovas@mail.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТОЧНОСТИ МНОГОЗВЕННЫХ РАЗМЕРНЫХ ЦЕПЕЙ РЫЧАЖНЫХ МЕХАНИЗМОВ
Приведено оригинальное технологическое решение сложной многозвенной размерной цепи рычажных механизмов путем имитации в станочной позиции условий работы механизма в конструкции изделия. Показано, что данный прием сокращает вычислительные операции на рабочем месте, упрощает технологию пригоночных работ и создает предпосылки для замены ручной пригонки механизированной.
Ключевые слова: механизированная пригонка, размерная цепь, рычажный механизм.
Многочисленные наблюдения процесса формирования точности выходных параметров собираемых автоматических машин при контроле по копоти полноты контакта поверхностей взаимодействующих деталей показали, что существует определённая закономерность: если расстояние между противолежащими точками на сопрягаемых поверхностях равно или меньше толщины слоя копоти, последняя при контроле облетает с поверхности. Таким образом, при полном облетании слоя копоти максимальная (для обеих сопрягаемых поверхностей) погрешность геометрической формы не должна превосходить его толщину. Если же одна из сопрягаемых поверхностей является геометрическим эталоном другой, то и в этом случае максимально возможное отклонение от правильной геометрической
