CC BY
140*ое воз дщ
Обрабатываемая
заготовка или деталь в машине
vs.
Литература.
1. Качество машин: Справочник в 2 т. Т1 /А.Г. Суслов, Э.А. Браун, H.A. Виткевич и др. Под общей редакцией А.Г. Суслова. - М.: Машиностроение, 1995.- 430 с.
2. Качество машин: Справочник в 2 т. T2 /А.Г. Суслов, Ю.В. Гуляев, A.M. Дальский и др. Под общей редакцией А.Г. Суслова. - М.: Машиностроение, 1995.- 430 с.
3. Суслов А.Г. Технологическое обеспечение параметров состояния поверхностного слоя деталей машин. М.: Машиностроение, 1987.-208 с.
4. Машиностроение. Энциклопедия. Т IV-3. Надежность машин /В.В. Киреев, В.В. Болотин, Ф.Р. Соснин, А.Г. Суслов и др.: Под общ. ред. В.В. Клюева, 1998.-592 с.
5. Суслов А.Г. Конструкторско-технологическое обеспечение и повышение качества изделий машиностроения. Труды конгресса «Конструкторско-технологическая информатика 2000», том II, М. Изд-во «Станкин» 2000.-С, 182-184.
6. Суслов А.Г. Качество поверхностного слоя деталей машин. М.: Машиностроение, 2000.- 320 с.
7. Машиностроение. Энциклопедия. Т III-3. Технология изготовления деталей машин /A.M. Дальский, А.Г. Суслов, Ю.Ф. Назаров и др.: Под общ. ред. А.Г. Суслов. 2000.-840 с.
Рис. 3. Единство процессов воздействия при изготовлении и эксплуатации деталей
Повышение долговечности резьбовых соединений
А. Н. ПРОКОФЬЕВ, доцент, канд. техн.наук, В. П. ЛЕКСИКОВ, доцент, канд. техн.наук, БГТУ, г. Брянск
Резьбовые соединения являются самым распространенным узлом крепления в конструкциях машин различных отраслей (двигатели, топливная аппаратура, коробки передач, системы управления, гидро- и пневмосистемы и др.). Резьбовые соединения выполняют различные функции в данных системах, такие, как передачи осевых статических и динамических нагрузок и крутящих моментов, осуществление точных перемещений и т.д. Наиболее распространены крепежные резьбовые соединения при помощи винтов, болтов, шпилек, гаек, которые широко применяются в самых разнообразных отраслях промышленности.
В состав многих современных машин входят винтовые механизмы или передачи. Их широкое распространение обусловлено рядом причин и, в первую очередь, теми очевидными преимуществами, которыми они обладают. К числу основных преимуществ следует отнести высокую нагрузочную способность и жесткость, долговечность, точность, относительную простоту изготовления и эксплуатации, надежность, большое передаточное отношение, компактность [1]. Кроме того, в механизмах с трением скольжения легко осуществляется надежное самоторможение, а передачи с трением качения имеют высокий КПД, превышающий иногда 90% [2]. С помощью винтовых передач просто осуществить преобразование вращательного движения в поступательное. Передачи с трением качения легко преобразуют поступательное движение во вращательное. Посредством винтового механизма достигается и очень большой выигрыш в силе, что используется в домкратах, механических прес-
сах, зажимных устройствах и т.п.
Анализ функционального назначения резьбовых соединений показал [3-5], что они применяются для:
- соединения различных деталей;
- создания неразъемного соединения;
- передачи движения;
- фиксации взаимного положения деталей;
- увеличения передаваемого усилия.
Повышение долговечности резьбовых соединений можно достичь за счет обеспечения прочности для неподвижных соединений и износостойкости для подвижных резьбовых соединений, которые можно обеспечить прогрессивными технологическими методами.
Среди трех основных методов изготовления резьбовых деталей: резание, деформирование и комбинированная обработка, два последних обладают рядом преимуществ с точки зрения повышения долговечности соединения. Это объясняется более высокой степенью твердости поверхностного слоя витков резьбы, положительным влиянием низкой шероховатости, остаточных сжимающих напряжений и стабильно высокой точностью.
В настоящее время деформирование и комбинированная обработка наружных резьб получили достаточно широкое распространение, а для ряда крепежных резьбовых деталей являются преобладающими. Однако для изготовления внутренних резьб, отличающихся меньшей технологичностью, названные способы резьбоформирования, несмотря на очевидные преимущества, применяются недо-
14 № 1 (12)2001
КАЧЕСТВО
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
статочно широко.
Значительными технологическими возможностями по повышению долговечности резьбовых соединений, производительности обработки обладают методы пластического деформирования внутренней резьбы бесстружечными метчиками, комбинированной обработки режуице-деформи-рующими метчиками, поверхностного упрочнения резьбы, полученной резанием деформирующей и электромеханической обработкой.
Большие пластические деформации при формировании профиля создают благоприятную текстуру, значительно упрочняют материал витка и, особенно, впадины, наводят остаточные напряжения сжатия. Благоприятное влияние накатывания резьбы на релаксационную стойкость и усталостную прочность повышает эти характеристики резьб по сравнению с полученными резанием в 2...4 раза.
На кафедре «Автоматизированные технологические системы» Брянского государственного технического университета была разработана новая структурная схема проектирования оптимального варианта технологического процесса изготовления резьбового отверстия [5,6], в котором выбор чистового метода формообразования резьбы проводится с учетом показателей качества и долговечности резьбового соединения и типа производства. Для метода формообразования производится выбор станочного оборудования, формообразующего инструмента (стандартного или специального), технологической оснастки, режимов обработки и выполняется анализ качества обработки резьбы, позволяющий жестко увязать требования ко всем составляющим технологической системы.
На основе данной схемы для точных внутренних резьб разработаны новые методы формообразования, которые перечислены ниже.
Для деталей типа «гайка» разработаны:
1. Технология обработки резьб в материалах средней пластичности на универсальных станках и станках автоматах и конструкции комбинированных метчиков с углом на длине режущей части и винтовым затылованием по профилю резьбы (из быстрорежущей стали и оснащенных твердосплавными пластинками) для резьб М6...М36. Конструктивные и геометрические особенности метчика позволяют получить на калибрующей части бочкообразную форму зуба, что исключает подрезание профиля калибрующими витками, способствует уменьшению шероховатости по боковым сторонам профиля. Такие метчики обеспечивают шероховатость резьбы Ра до 1,25 мкм и точность 4Н.
2. Технология обработки резьб с крупным шагом в различных материалах на универсальных токарных станках в условиях мелкосерийного и серийного производства и конструкция комбинированных метчиков-протяжек для резьб диаметром свыше 40 мм. За счет наличия в конструкции режущей и режуще-деформирующей секции таким метчиком-протяжкой можно получать резьбу точности 4Н и шероховатости Ра=0,5...0,8 мкм.
3. Технология обработки резьб в различных материалах на токарных станках с ЧПУ в условиях серийного производства и конструкция круглых многониточных резцов для резьб диаметром свыше 24 мм. Резец имеет комбинированную схему резания, позволяющую производить обработку за 3-4 рабочих хода, при этом стабильно обеспечивать точность по среднему диаметру в пределах 0,01...0,02 мм, шероховатость боковых сторон профиля Ра до 1,25 мкм.
Для деталей типа «корпус» разработаны;
1. Технология обработки резьб в корпусах из алюминиевых и магниевых сплавов в условиях серийного и массового производства на агрегатных станках и сверлильных станках с ЧПУ и конструкция одинарных комбинированных метчиков для резьб М6...М36 с шагом до 2,5 мм. Наличие в конструкции метчика режущих и деформирующих зубьев позволяет стабильно получать резьбу точности 4Н и шероховатости Ra до 0,32 мкм.
2. Технология обработки резьб в материалах средней и низкой пластичности на универсальных сверлильных и многоцелевых станках с ЧПУ и конструкции комплектных комбинированных метчиков из двух штук для резьб диаметром 24...52 мм с шагом более 2,5 мм.
При определении общей погрешности обработки резьбового отверстия необходимо проведение разграничения влияния составляющих погрешностей в зависимости от технологического метода обработки - при вращающейся заготовке и при вращающемся инструменте. С этой целью на ПЭВМ разработана программа определения точности резьбы в гайках, получаемых на токарных станках с ЧПУ специальными многониточными резьбовыми резцами. При разработке использована графическая система AutoCAD с встроенным языком AutoLISP. Программа предусматривает анализ погрешностей технологической системы, расчет диаметральной компенсации этих погрешностей и сравнении с допуском среднего диаметра. Если условие выполняется, то проектируется режущий инструмент (многониточный резьбовой резец) с разработкой рабочего чертежа. Если условие не выполняется, то производится ужесточение допусков на исполнительные размеры режущего инструмента, на точность расположения базовых поверхностей вспомогательного инструмента, после чего повторно проверяется условие. Такой системный подход позволяет на основе анализа на стадии проектирования и оснащения технологического процесса выявить условия гарантированного обеспечения требуемой точности обработки, определить оптимальные технические требования на параметры точности элементов технологической системы для конкретных условий обработки.
Актуальной проблемой машиностроения в настоящее время является повышение долговечности резьбовых изделий с крупным шагом, к которым относятся ходовые винты скольжения и качения и ряд других изделий, работающих в сложных условиях эксплуатации. С целью повышения износостойкости винтов и гаек с промежуточными телами качения (шариковинтовые передачи) необходима оптимизация формы винтовых канавок. Для изготовления резьб с крупным шагом используют самые различные технологические операции. Выбор конкретных операций обработки зависит от типа производства, размеров изделия, номенклатуры и др. Традиционными методами получения таких резьб являются: нарезание резцом, фрезерование дисковыми фрезами, нарезание вихревыми головками, шлифование. Как правило, резьбы с шагом от 4 мм обрабатывают фрезерованием дисковыми фрезами или вихревыми головками. Во многом качество изготовленной резьбы определяется точностью резьбообрабатывающего инструмента. Для повышения износостойкости деталей после предварительного формирования винтовой поверхности их подвергают термической обработке, после которой следуют операции чистовой обработки. На этих операциях окончательно формируются размеры и качество винтовых
№1 (12)2001 15
поверхностей. Однако при термической обработке изделий с винтовыми канавками возникают деформации, которые впоследствии необходимо устранить на чистовых операциях технологического процесса или вводить дополнительные операции. Все это увеличивает трудоемкость и себестоимость изготовления деталей. Применяя электромеханическую обработку, можно придать требуемым участкам винтовой поверхности необходимые физико-механические и геометрические свойства [7], исключить дополнительные чистовые операции и термическую обработку.
Высокий эффект с точки зрения повышения прочности неразъемных резьбовых соединений дает применение гладкорезьбовых соединений в корпусных деталях их легких сплавов, т.е. соединений, полученных ввертыванием шпильки в гладкое цилиндрическое отверстие. Данный метод изготовления резьбовых соединений позволяет, наряду с простой технологией изготовления, добиться существенных преимуществ по сравнению с традиционными способами посадок шпилек в корпусные детали, а именно - надежными стопорящими свойствами, как в статике, так и их стабильностью после воздействия циклических нагрузок. Это определяется технологией их изготовления посредством пластического деформирования и переносом пластических деформаций из эксплуатации в технологию.
Экспериментальные исследования прочности гладкорезьбовых соединений и традиционных шпилечных резьбовых соединений убедительно подтвердили снижение стопорящих свойств резьб, полученных резанием в начальный период работы соединения (до 1000 циклов нагруже-ния) по гиперболическому закону. Что касается гладкорезь-
бовых соединений, то момент отвинчивания у них после воздействия циклических нагрузок практически не изменяется. Кроме этого, применение данных резьбовых соединений позволяет проводить автоматизацию и механизацию процесса сборки.
Литература.
1. Биргер И.А., Иосилевич Г.Б. Резьбовые и фланцевые соединения. - М.: Машиностроение, 1990.- 368 с.
2. Крагельский И.В., Михин Н.М. Узлы трения машин: Справочник. - М.: Машиностроение, 1984. - 280 с.
3. Прокофьев А.Н., Стешков А.Е. Научные основы обработки высокоточных внутренних резьб. /Машиностроение и техносфера на рубеже XXI века.-Донецк, ДонГТУ, 1999.-С.299-301.
4. Суслов А.Г., Прокофьев А.Н., Лексиков В.П. Повышение надежности и долговечности резьбовых соединений. /Надежность механических систем. - Самара, 1996.- С. 240-241.
5. Стешков А.Е., Прокофьев А.Н. Перспективные технологии создания резьбовых соединений. /Перспективные технологии, машины и аппараты в машиностроении и приборостроении. - Орел, 1995.- С. 37-38.
6. Прокофьев А.Н. Технологическое обеспечение точности внутренних резьб. /Проблемы повышения качества машиностроительной продукции. - Брянск, 1998.- С. 135-136.
7. Дарковский Ю.В., Прокофьев А.Н., Хандожко A.B. Повышение качества винтовых канавок путем профилирования инструмента и электромеханической обработкой. /Материалы, технологии, инструменты.-Гомель, 1999.-№3.-С. 101-104.
Теоретическое определение параметров шероховатости поверхности при шлифовании и электроэрозиониой обработке
С. Г. БИШУТИН, доцент, канд. техн. наук, С. Ю. СЪЯНОВ, аспирант, БГТУ, г. Брянск
На формирование параметров шероховатости поверхности при шлифовании оказывают значительное влияние несколько десятков факторов процесса абразивной обработки. В силу этого обстоятельства на данный момент времени в области исследования процесса формирования параметров качества поверхности при шлифовании имеется довольно много различных теоретических концепций, число которых из года в год увеличивается. Однако проблема получения адекватных теоретических решений до сих пор актуальна. Строгие доказательства адекватности математических моделей процессам, происходящих при механической обработке материалов, встречаются крайне редко, их приемы не отработаны, и единственным универсальным способом обеспечения требуемых соответствий исследуемого процесса и его математической модели становится тщательный выбор некоторых аналитических параметров, которые придадут составляемым математическим зависимостям способность адекватно реагировать на изменение
условий обработки.
Как известно, доминирующим процессом в формировании шероховатости металлической поверхности является копирование формы режущей части инструмента. Поэтому для прогнозирования высотных и шаговых параметров шероховатости в качестве такого аналитического параметра можно использовать величину, характеризующую число и геометрическую форму вершин зерен, формирующих профиль неровностей поверхности. С помощью этого параметра можно объяснить влияние всех основных факторов процесса абразивной обработки на формирование шероховатости поверхности. Например, чем выше скорость вращения круга и чем меньше продольная подача стола станка, тем влияние большего числа вершин зерен сказывается на геометрии неровностей поверхности, что, в конечном счете, приводит к уменьшению высоты этих неровностей. Подобным образом можно объяснить влияние и остальных параметров процесса шлифования (рис. 1).
16 № 1 (12) 2001
