CC BY
123
УДК 621.99
ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ПОГРЕШНОСТЕЙ ВНУТРЕННИХ ТРАПЕЦЕИДАЛЬНЫХ РЕЗЬБ ПРИ НАРЕЗАНИИ МЕТЧИКАМИ
В. А. Масленников, И. Л. Сандгартен, А.С. Ямников
Отмечается, что нарезание резьб метчиками является высокопроизводительным процессом, обеспечивающим за один рабочий ход получение годного резьбового отверстия. Описаны технологические факторы, оказывающие доминирующее влияние на образование погрешностей резьбонарезания. Анализ показал, что именно параметр винтового движения метчика и является доминирующим в общем балансе погрешностей обработки.
Ключевые слова: точность, параметр винтового движения, приведенный средний диаметр, производящий средний диаметр.
В настоящее время в условиях рыночной экономики в борьбу за внутренний и внешний рынок включаются не только страны, но и отдельные предприятия. В этих условиях выпускаемая продукция по своим показателям должна отвечать требованиям лучших мировых образцов.
Одним из основных требований является высокое качество изделий. Повышение качества выпускаемых изделий одновременно вынуждает повышать точность изготовления деталей. Широкое применение в машиностроении имеют резьбовые детали, применяемые как для крепления деталей друг к другу, так и для превращения вращательного движения одно из винтовых элементов (обычно винта) в поступательное движение, связанного со вторым элементом винтовой пары, узла машины [1 - 4].
При производстве запорной арматуры в конструкции задвижек имеется пара «втулка резьбовая - шпиндель», которая служит исполнительным механизмом при открывании и накрывании задвижек. Надежность работы этой пары зависит от точности и качества изготовления трапецеидальных резьб. Наиболее сложной с технологической точки зрения является задача обеспечения качества внутренней резьбы в резьбовой втулке.
В Тульском государственном университете на протяжении нескольких лет велись работы по совершенствованию технологии нарезания резьбы и изготовления резьбонарезных инструментов [1 - 16].
Самым производительным способом обработки внутренних резьбовых поверхностей в деталях является нарезание их с помощью различных конструкций метчиков. Конструкция втулки представлена на рис.1, а основные размеры - в таблице.
Л ^
////////////////////////
ч ///////////////////// / У
А - О и
^r
//////////////////////// N
////////////////////////.
Ь <-►
Рис. 1. Конструкция детали «Втулка резьбовая»
Основные размеры детали «Втулка резьбовая»
Обозначение Б, мм мм Ь, мм
0707.403253 Тг32х6ЬЫ-8Ы М48х2^ 64
-01 Тг40х6ЬЫ-8Ы М60х3-8я 80
-02 Тг48х8ЬЫ-8Ы M64x3-8g 90
-03 Тг55х8ЬЫ-8Ы M76x3-8g 110
-04 Тг60х8ЬЫ-8Ы
-05 М80х3^ 120
-06 Тг70х10ЬЫ-8Ы M950x3-8g
-07 Тг75х10ЬЫ-8Ы M100x3-8g 160
-08 Тг75х32(Р16)ЬЫ-8Ы
-09 Тг70х10ЬЫ-8Ы
-10 Тг90х32(Р12)ЬЫ-8Ы M115x3-8g 180
-11 Тг100х32(Р12)ЬЫ-8Ы M130x3-8g 200
Из работы [1] известно, что производящая поверхность режущего инструмента может контактировать с номинальной поверхностью детали тремя способами:
- производящая поверхность конгруэнтна номинальной; контакт осуществляется по всей номинальной поверхности; для осуществления процесса формообразования производящая поверхность совершает только одно движение - подачу сближения;
- производящая поверхность контактирует с номинальной поверхностью по линии (образующей или направляющей); для осуществления процесса формообразования производящая поверхность, кроме подачи сближения, должна иметь подачу вдоль линии (направляющей или образующей);
- производящая поверхность контактирует с номинальной в точке, и
187
для осуществления процесса формообразования она должна иметь три подачи: сближения с номинальной, скольжения по направляющей, скольжения по образующей.
С учетом сказанного производительность процессов резания выражается зависимостью
Урез п 1 под
д = п —-,
^рез ]=1 ^г под
где К - коэффициент, учитывающий потери времени на холостые ходы; Урез - скорость главного движения; Ьрез - путь инструмента вдоль направляющей (образующей) номинальной поверхности детали; п - число рабочих ходов инструмента, необходимое для образования номинальной
поверхности; под - суммарная величина]-й подачи в мм на одно рабочее
движение инструмента или детали (на один оборот или ход); ^^ под - путь,
который необходимо совершить инструменту в направлении ]-й подачи для снятия всего припуска или для описания всей образующей и (или) направляющей номинальной поверхности детали.
Анализ зависимости показывает, что максимальная производительность любого процесса резания при прочих равных условиях будет достиг-
п
нута в случае, если П = 1, т.е. удаление всего припуска осуществляется за
1=1
один рабочий ход инструмента. Именно таким инструментом являются машинные метчики, производящая поверхность которых контактирует с номинальной поверхностью детали по первому способу.
В настоящее время обработка трапецеидальной резьбы во втулке производится метчиками. Однако использование метчиков стандартных конструкций, также отсутствие технологической оснастки, позволяющей компенсировать неточность положения инструмента относительно обрабатываемого отверстия, не обеспечивает необходимого качества резьбовой поверхности, как по точности, так и по шероховатости боковых сторон профиля.
В работе В. В. Матвеева [17] дается обобщенный методологический подход к исследованиям вопросов точности обработки поверхностей мерными инструментами, позволяющий проследить связь: «фактор - возникающее влияние - размер». Структурная схема влияния различные факторов на размеры резьбы при работе метчиками представлена на рис. 2.
На схеме показана связь приведенного среднего диаметра резьбы изделия с тремя обобщенными факторами: производящим средним
диаметром метчика dn , погрешностями параметра винтового движения
метчика АПм и упругими и тепловыми деформациями резьбы детали 4. Рассмотрено, из каких элементов слагаются эти факторы, и от каких исходных технологических параметров они зависят. Связь приведенного среднего диаметра сформированной метчиком резьбы с обобщенными факторами, как известно, определяется формулой
АПР
+
ДП
м
tgal + tga 2
+ ДПЩ
ДА
Ь
tga1 + tga2
+ ДА
Я
(1)
где dn - производящий средний диаметр метчика; ДПщ - погрешность его
осевого перемещения; ДПщ - погрешность, вызываемая радиальными перемещениями метчика и детали; ДАь и ДАя - осевая и радиальная деформации отверстия детали.
Рис. 2. Схема влияния конструктивных и технологических факторов на размер, нарезаемой метчиком резьбы: 1 - собственно средний диаметр резьбы метчика; 2 - отклонение шагов резьбы метчика от номинала; 3 - отклонение углов профиля резьбы метчика от номинала; 4 - упругие деформации метчика при работе; 5 - тепловые деформации метчика при работе; 6 - радиальные перемещения оси метчика; 7 - радиальные перемещения оси заготовки; 8 - погрешности перемещения метчика по шагу; 9 - упругие деформации резьбы детали (радиальные); 10 - тепловые деформации резьбы детали (радиальные); 11 - тепловые деформации резьбы
вдоль оси 189
Под производящим средним диаметром метчика (dn) понимают некоторый условный размер, численно равный приведенному среднему диаметру резьбового отверстия, образованного метчиком при некоторых идеальных условиях. Идеальными условиями работы считаются такие, когда ось метчика в процессе работы неподвижна, параметр винтового движения выдерживается идеально, т.е. подача осуществляется точно по шагу, и нет деформаций резьбы после окончания процесса резьбонарезания. Производящий средний диаметр для метчика определяется по формуле
dM = d2t + Дd22) - Лd23) + Лd24) + Лd25), (2)
где d2м - фактический средний диаметр резьбы метчика; Дd22)... Лd25) -
его приращения за счет действия факторов 2.5 (см. рис. 2), определяемые по известным формулам.
Используя данные названного выше исследования, можно найти значения составляющих производящего размера инструмента, величину
его колебания edм = dмтах - dмт1п (dмтах - максимальное расчетное значение производящего среднего диаметра метчика, найденное по формуле
(2); dnмmin - минимальное значение среднего диаметра метчика) и соответствующую этому размеру величину погрешности приведенного среднего диаметра резьбы детали.
Авторами рассчитаны величины edм. Результаты расчетов показали, что они не превосходят 25 % поля допуска на изготовление резьбы и поэтому не могут являться причиной возникновения брака. Рассматривая
факторы 6.8 схемы (см. рис. 2), а также их обобщенный фактор ДПм в целом, следует отметить, что он связан с погрешностями взаимного положения заготовки и инструмента в процессе резьбонарезания и характеризуются точностными параметрами элементов технологической системы:
ДП = 3,732ДПТ+ДП R,
где ДП - погрешность параметра винтового движения резьбообразующего инструмента; ДПТ - погрешность осевого перемещения инструмента; ДПR - погрешность, вызываемая радиальными перемещениями инструмента и заготовки в процессе обработки.
Как показал дальнейший анализ, именно этот фактор и является доминирующим в общем балансе погрешностей обработки. Для его снижения авторы рекомендуют повышать устойчивость перемещения метчика по винтовой поверхности [4-7, 9, 10].
Список литературы
1. Ямников А.С. Прогрессивная технология обработки винтовых поверхностей и резьб: монография / А.С. Ямников [и др.]; под ред.
B.П. Кузнецова. Тула: Изд-во ТулГУ, 2008. 233с.
2. Прогрессивные технологии резьбообработки: учеб. пособие / А.С. Ямников [и др.]. Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. 293 с.
3. Сандгартен И. Л., Маликов А. А. Ямников А.С. Метчики для нарезания трапецеидальных резьб. Проектирование и технология изготовления: монография. Изд-во Ламберт, ФРГ. 2012. 143 с.
4. Manufacture of thread-cutting tools with smoothing elements / I.Y. Mirnov, A.A. Malikov, I.L. Sandgarten, A.S. Yamnikov // (2010) Russian Engineering Research. 30 (7). P. 742 - 744.
5. Маликов А.А., Сандгартен И.Л., Ямников А.С. Устойчивость продольного перемещения метчиков с ведущими элементами относительно обрабатываемой резьбы // Известия ТулГУ. Технические науки, 2010. Вып. 1. С. 105-108.
6. Ямников А.С., Сандгартен И. Л., Кузнецов В.П. Аналитическое определение деформации ведущих элементов метчиков // СТИН. №12, 2009. С. 29-32.
7. Маликов А.А., Сандгартен И.Л., Ямников А.С. Влияние деформации ведущих элементов метчиков на точность резьбонарезания // Известия ТулГУ. Технические науки, 2010. Вып. 1. С. 89-92.
8. Технология изготовления резьбообразующих инструментов с выглаживающими элементами / И.Я. Мирнов [и др.]. // СТИН, 2010. №4.
C. 27-31.
9. Ямников А.С. Определение сил, действующих на режущую часть метчика/ А.С. Ямников [и др.] / Технология машиностроения, 1999. (пилотный выпуск). С. 13-16.
10. Ямников А.С., Федин Е.И., Попов М.А.Управление точностью при многопроходном резьбонарезании // СТИН, 1999. № 110. С. 11.
11. Илюхин А.Ю., Ямников А.С. Специфика сборки соединений с избыточными связями // Сборка в машиностроении, приборостроении, 2008. № 4. С. 27-29.
12. Солянкин Д.Ю., Ямников А.С., Ямникова О.А. Перспективы повышения производительности нарезания резьб фрезоточением // Известия ТулГУ. Технические науки, 2011. № 3. С. 260-264.
13. Солянкин Д.Ю., Ямников А.С., Ямникова О.А. Методика определения параметров срезаемых слоев и огранки при фрезоточении резьб // Известия ТулГУ. Технические науки, 2011. № 3. С. 272-278.
14. Солянкин Д.Ю., Ямников А.С., Ямникова О.А. Методика расчета сил резания при фрезоточении // Известия ТулГУ. Технические науки, 2011. № 3. С. 287-292.
15. Ямникова О.А., Ямников А.С., Солянкин Д.Ю. Имитационное моделирование фрезоточения резьбы // Наукоемкие технологии в машиностроении, 2011. № 5. С. 3-13.
16. Кузнецов В.П., Ямникова О.А. Устойчивость технологической системы при нарезании резьбы многорезцовыми головками // СТИН, 2004. № 2. С. 12.
17. Матвеев В.В. Нарезание точных резьб: 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1978. 88 с.
Масленников Владимир Аркадьевич, канд. техн. наук, директор, 9417481@,gmail.com, Россия, Тула, ООО «Технология - холдинг»,
Сандгартен Ирина Львовна, канд. техн. наук, асс., tmsatsu. tula. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Ямников Александр Сергеевич, д-р техн. наук, проф., yamnikovas@mail,ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
REASONS OF EMERGENCE OF ERRORS FEMALE TRAPEZOIDAL THREADS
WHEN CUTTING BY TAPS
V.A. Maslennikov, I.L. Sandgarten, A.S. Yamnikov
It is noted that cutting of carvings by taps is the high-performance process providing for one working course of a suitable carving opening. The technology factors having dominating impact on formation of errors of a threading are described. The analysis showed what exactly the parameter of screw movement of a tap and is dominating in the general balance of errors of processing.
Key words: accuracy, parameter of the screw movement, the specified average diameter making average diameter.
Maslennikov Vladimir Arkadyevich, candidate of technical sciences, director, 9417481@,gmail. com, Russia, Tula, JSC «Tekhnologiya-holding»,
Sandgarten Irina Lvovna, candidate of technical sciences, assistant, tmsatsu. tula.ru, Russia, Tula, Tula state university,
Yamnikov Alexander Sergeyevich, doctor of technical sciences, professor, yamniko-vas@mail,ru, Russia, Tula, Tula state university
