Расчет конструктивных параметров сборочного соединения с заданным усилием разъема Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.983.044.7.001.24

В.Д. Кухарь, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, проректор по НР, (4872)35-18-32, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),

А.Е. Киреева, канд. техн. наук, доц., (4872)35-18-32, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)

РАСЧЕТ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ СБОРОЧНОГО СОЕДИНЕНИЯ С ЗАДАННЫМ УСИЛИЕМ РАЗЪЕМА

Рассмотрен процесс сборки соединения «корпус - цилиндр» электромагнитным обжимом с использованием кольцевой канавки в виде усеченного конуса. Приведены зависимости, позволяющие определить геометрические параметры места сопряжения и параметры режима нагружения.

Ключевые слова: обжим, магнитно-импульсная обработка металлов давлением, сборка, метод конечных элементов.

Сборочное соединение с заданным усилием разъема типа «корпус -цилиндр» представляет собой узел, у которого усилие разъединения деталей в процессе функционирования укладывается в заданный диапазон по нижнему и верхнему значениям нагрузки.

Применение импульсного магнитного поля в сборочных операциях позволяет значительно снизить трудоемкость изготовления, дает возможность автоматизировать и механизировать процесс сборки, а в некоторых случаях является единственно возможным методом получения качественного соединения. В этом случае сборка сводится к обжиму конца трубной заготовки в канавку определенной геометрии, выполненной на второй сопрягаемой детали.

На рис. 1 (а - в) показаны сборочные узлы с возможными вариантами формы кольцевых канавок на корпусе, в которых происходит обжим материала цилиндра в процессе сборки.

Р Р Р

а

б

Рис. 1. Варианты формы канавок для получения сборочных соединений

по схеме "обжим"

в

Лучшей стабильности усилия разъема собранных узлов возможно достичь при использовании кольцевой канавки в виде усеченного конуса. Поэтому для дальнейших исследований была выбрана схема сборки, приведенная на рис. 1,в. Принципиальная схема сборки трубчатого соединения электромагнитным обжимом представлена рис. 2.

Цилиндр

■ р(9

Корпус

Рис. 2. Принципиальная схема сборки трубчатого соединения электромагнитным обжимом

Расчет технологического процесса получения данного сборочного соединения распадается на два этапа: первый включает в себя определение геометрических параметров места сопряжения (в данном случае длину конусной части L и угол канавки а), которое обеспечивает заданное усилие разъема; второй - определения параметров режима нагружения, обеспечивающих полное соединение деталей при сборке. Расчеты по первому этапу выполняются с использованием системы конечно-элементных уравнений, приведенных в работе [1]. Расчетная модель процесса приведена на рис. 3 и сводится к разбортовке конической оболочки к коническому пуансону.

Рис. 3. Расчетная модель для определения усилия разъема

При этом граничные условия для скоростей: на Г1 - уг =0; на Г2 -уг =0, =1; на Г3 - уг = • tgа.

Материал обжимаемой трубчатой заготовки Амг2М с пределом текучести а 5 =75 МПа. Упрочнением материала пренебрегли, полагая, что наибольшее усилие разъема будет иметь место в начальный момент движения оболочки относительно конического пуансона. Это предположение подтвердилось видом диаграммы "усилие - путь" при последующих испытаниях на разрыв собранных узлов.

Расчеты выполнялись при следующих диапазонах изменения исследуемых параметров: длина обжатого участка трубы 5 < L < 15 мм; угол канавки 5 < а < 150; коэффициент трения Прандля 0 < m < 0,1.

Результаты расчетов в виде графиков зависимости усилия разъема от коэффициента трения, длины обжатого участка и угла канавки приведены на рис. 4 - 6 .

Из рис. 4 - 6 следует, что при эквивалентных условиях трения во всем диапазоне изменения исследуемых факторов усилие разъема в гораздо большей степени зависит от длины обжимаемого участка цилиндра, чем от угла обжатия. Кроме того, можно заметить, что одно и то же усилие разъема можно получить при различной комбинации конструктивнотехнологических факторов.

р

кН

О 0,05 0,10

т ----

Рис. 4. Изменение усилия разъема в зависимости от коэффициента трения m и угла канавки а: 1 - Ь =5 мм; 2 - L =10 мм; 3 - Ь =15 мм

Рис. 5. Изменение усилия разъема в зависимости от длины обжимаемого участка Ь и угла канавки а:

1 - т =0; 2 - т =0,05; 3 - т =0,1

Рис. 6. Изменение усилия разъема в зависимости от угла канавки а при различных значениях коэффициента трения т:

1 - Ь =5 мм; 2 - Ь =10 мм; 3 - Ь =15 мм

В этом случае выбор геометрических параметров сборки можно осуществить следующим образом. В зависимости от используемых материалов выбирается коэффициент трения т , далее по заданному усилию разъема из графиков рис. 4 выбираются длина обжимаемого участка трубы и угол канавки. Так как одно и то же усилие разъема можно обеспечить различной комбинацией угла а и Ь, то в качестве дополнительных условий можно использовать другие требования к собираемому узлу (например, обеспечить качественную сборку при минимальной длине обжимаемого участка и т.д.).

Более общую картину зависимости величины Р от факторов Ь, а и т дает регрессионная зависимость, построенная для диапазона изменения величин 5 < Ь < 15; 5 <а< 150 и 0 < т < 0,1:

Р = 12,907 + 4,778x2 + 2,417х2 + 7,944х3 - 0,056+ 0,028x2 +

+ 0,111хз + 0,292х^Х2 + 3,833x1 Х3 — 0,167 х 2 Х3, где кодовые значения

Ь —10 а — 10 т — 0,05

Х1 _ ; Х 2 - ; Х3

5 5 " 0,05

Работа выполнена в рамках целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 годы)» по проекту № 2.1.2/5250.

Список литературы

1. Кухарь В.Д., Селедкин Е.М., Селедкин С.Е. Формовка листовых заготовок в состоянии сверхпластичности. Тула: Изд-во ТулГУ, 2009. 168 с.

V. Kuchar, A. Kireeva

The process of assembling the connection "body-cylinder" electromagnetic crimping, using an annular groove in the form of a truncated cone is considered. The relationships are presented for determining the geometrical parameters of space and pairing parameters loading regime.

Key words: crimped, magnetic pulse metal forming, assembly, finite element method.

Получено 04.08.10