CC BY
81
Филатова Ю.В. ©
Кафедра Технологии приборостроения,
Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий,
механики и оптики
ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ВИНТОВ НАСОСОВ С ЦИКЛОИДАЛЬНЫМ ЗАЦЕПЛЕНИЕМ НА ПРИМЕРЕ ВЕДУЩЕГО
ВИНТА
Аннотация
В статье рассматриваются особенности геометрии винтов насосов с циклоидальным зацеплением, основные принципы проектирования технологического процесса обработки подобных деталей, а также вопросы качества поверхностного слоя.
Ключевые слова: технология, винтовые насосы, фрезерование, качество, поверхностный слой Keywords: technology, screw pumps, milling, quality, skin surface
При проектировании технологии изготовления любой детали или изделия в целом необходимо учитывать ряд факторов. Среди них можно отметить назначение этой детали или сборочной единицы, требования к точности, качеству поверхностей, используемому материалу, его термической и механической обработке, производственные условия и возможности конкретного предприятия.
Винтовые насосы с циклоидальным зацеплением являются роторными насосами, у которых подача осуществляется путём вытеснения жидкости винтами, совершающими только вращательное движение. Общими элементами таких насосов являются [1]:
1) корпус насоса с полостью, внутри которой вращаются винты;
2) ведущий винт, который передаёт насосу вращение двигателя;
3) ведомые винты, которые используются в качестве уплотнений.
Ведущий винт насосов с циклоидальным зацеплением представляет собой тело вращения и имеет специальную двухзаходную выпуклую нарезку с постоянным шагом (рисунок 1). Её профиль в нормальном сечении очерчен циклоидальными кривыми и ограничен дугами окружностей наружного и внутреннего диаметров винта. Направление нарезки на ведущем и ведомых винтах противоположно. Наиболее высокие требования к точности и шероховатости предъявляются к винтовой поверхности и опорным шейкам винта.
/ \
и а о
\ /
4 4 48 ^
49J
628
Рис.1 - Чертеж ведущего винта
Такие винты в основном изготавливают из конструкционных и легированных сталей, которые должны обладать высокой прочностью, хорошей обрабатываемостью, малой чувствительностью к концентрации напряжений, а для повышения стойкости должны подвергаться термической обработке [3]. Этим требованиям отвечают стали 35, 40, 45, 40Х, 50Х, 40Г2 и др. В рассматриваемом примере используется сталь 40Х.
В настоящее время на машиностроительных производствах механическая обработка подобных винтов производится по следующему технологическому процессу.
© Филатова Ю.В., 2013 г.
Начальным этапом является подрезка торцов и обработка центровых отверстий (для основных технологических баз). Далее осуществляется предварительная (черновая) обработка заготовки. Затем следует черновая обработка всех наружных поверхностей с припусками под термообработку.
Далее производится сверление всех отверстий, в данном случае есть два сквозных и одно глубокое сквозное. Следующим этапом является фрезерование шпоночных пазов. После фрезерования идет слесарная операция, целью которой является зачистка заготовки от заусенцев и скругление острых кромок.
Затем производят шлифование наружных диаметров с припуском 0,5 мм на круглошлифовальном станке [2]. Дальше следует черновое фрезерование впадин винта (4 прохода), за ней идет термообработка в вертикальном положении, для осуществления которой и предусмотрено одно из отверстий винта. Затем производят чистовое шлифование наружных поверхностей винта. Окончательным этапом является чистовое фрезерование впадин винта (2 прохода) [5].
Учитывая производственные ресурсы и возможности конкретного предприятия, может быть целесообразно после чернового и чистового фрезерования винтовых канавок (2 прохода) выполнить шлифование их профилированным кругом на резьбошлифовальном станке с ЧПУ. Подобные детали рекомендуется шлифовать кругами из эльбора на керамической связке с обильным охлаждением СОТС.
Наиболее высокую сложность представляет обработка винтовой поверхности (рисунок 2). Существует несколько вариантов её осуществления, каждый из которых может иметь место на производстве [5].
В книге [1] представлены таблицы для определения профилей фрез и шаблонов в зависимости от номинального диаметра обрабатываемого винта, которые до сих пор используются для проектирования конструкторской документации. После переточки фрезы будут давать искажение обрабатываемого профиля.
Рис. 2 - Чертеж черновой фрезы для обработки впадин ведущего винта
При установке заготовки винта для обработки винтовой поверхности на станке необходимо строго выдерживать следующие условия:
- угол между осью винта и осью фрезы должен быть равен 47°12'20”;
- ось винта должна проходить параллельно горизонтальной плоскости стола, и при вращении винта не должно быть биения;
- фреза должна быть установлена так, чтобы вертикальная прямая, проходящая через точку пересечения оси фрезы с ее плоскостью симметрии, пересекала ось винта.
Для точной установки угла между столом и зеркалом станины фрезерного станка, который определяет угол между осями винта, служит приспособление в виде металлического угольника толщиной 5 мм с углом 42°47'40”. Стороны угольника тщательно обработаны и имеют длину 500 мм, что обеспечивает надежность установки стола. Параллельность оси винта столу станка и наличие биения цилиндрической поверхности винта проверяется по индикатору с точностью до 0,01 мм. Точная установка фрезы относительно заготовки производиться путем ряда проб.
Одним из основных условий получения правильного профиля винта является жесткость заготовки по отношению к обрабатывающей фрезе, так как любая деформация будет вести к
снижению точности. Следовательно, возникает необходимость в создании специального люнета, который поддерживает заготовку всегда в том месте, где происходит резание фрезы. Для фрезерной обработки впадин винта должно быть изготовлено специальное приспособление, состоящее из моста и набора люнетов к нему.
Необходимо учитывать качество поверхностного слоя винта, которое является комплексным показателем и включает в себя: микрогеометрию (шероховатость и волнистость) и его физикохимическое состояние (деформационное упрочнение, остаточные напряжения, структурно-фазовое состояние и химический состав) [6]. При обработке лезвийным инструментом возникают пластические деформации поверхностного слоя, которые сопровождаются деформационным упрочнением (наклёпом). При увеличении приложенных сил, продолжительности их воздействия и степени пластической деформации возрастает интенсивность и глубина распространения наклёпа. Для оценки деформационного упрочнения используют следующие параметры: степень наклепа; градиент наклёпа; глубина наклёпа. Деформационное упрочнение характеризуется измельчением и вытягиванием зёрен металла, искажением кристаллической решётки, повышением удельного объёма металла, предела прочности, твёрдости и хрупкости и уменьшением пластичности и вязкости.
Таким образом, при проектировании технологического процесса механической обработки ведущего винта масляного винтового насоса необходимо учитывать следующие факторы:
1) назначение и геометрические особенности детали;
2) возможности предприятия;
3) необходимость проектирования и изготовления специального режущего и мерительного инструмента;
4) возможность модификации действующего технологического процесса;
5) вопросы качества поверхностного слоя.
Литература
1. Жмудь А.Е. Винтовые насосы с циклоидальным зацеплением М-Л., Машгиз, 1963, 158с.
2. Кремень З.И. Технология шлифования в машиностроении/ З.И. Кремень, В.Г. Юрьев, А.Ф. Бабошкин; под общ. ред. З.И. Кремня. СПб: Политехника, 2007. - 424с.
3. Маталин А.А. Технология машиностроения. Учебник. - 2-е изд., испр. - СПб: Лань, 2008. - 512 с.
4. Домнин П. В., Петухов Ю. Е. Моделирование схемы резания процесса формообразования фасонных винтовых поверхностей фрезерованием. Материалы 13-й Научной конференции по математическому моделированию и информатике, Москва, 12-14 мая, 2011: Сборник докладов.- 2011.- С. 173-175.
5. Смольников Н.Я. Высокопроизводительное фрезерование фасонными и зуборезными фрезами
модифицированного профиля: монография. В 2 т. Т. 1 М.: Машиностроение, 2008. 180 с.
6. Валетов В.А., Васильков С.Д., Сисюков А.Н., Юльметова О.С. Методика исследования характеристик поверхностного слоя деталей приборов./ Учебное пособие - СПб: СПбГУ ИТМ0,2010.- 92 с.
