Расчет момента разрушения метчиков с внутренним размещением стружки Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

_ Известия вузов. МАШИНОСТРОЕНИЕ 63

№ 2 2008

621.9.02

РАСЧЕТ МОМЕНТА РАЗРУШЕНИЯ МЕТЧИКОВ С ВНУТРЕННИМ РАЗМЕЩЕНИЕМ СТРУЖКИ

Д-р.техимаук проф. А. ЕДРЕВАПЬ, тндлтхи.наукАщ. А. В.ЛИТВИНЕНКО, осп. НГУЕНТУАНХИЕУ

Получена зависимость момента разрушения метчиков от их конструктивных параметров.

Taps destruction point dependence on their design factor is obtained.

Одна из распространенных причин отказов стандартных метчиков - их заклинивание и разрушение при реверсе из-за попадания стружки под задние поверхности инструмента. Снижение количества поломок является актуальной задачей.

Опыт применения метчиков с внутренним размещением стружки (МВРС) показал, что они имеют меньшее число поломок, так как стружка размещается во внутренней полости и уменьшается вероятность ее попадания под затылок зуба метчика. МВРС обладают и другими эксплуатационными преимуществами по сравнению со стандартными метчиками. Однако рекомендации по расчету и обоснованию размеров конструктивных элементов МВРС отсутствуют, что сдерживает их широкое применение.

Одним из важных показателей работоспособности метчиков является прочность их конструктивных элементов. Представленный материал направлен на решение этой задачи применительно к МВРС.

Сравнение конструктивных элементов стандартных метчиков и МВРС (рис. 1) показывает, что основная отличительная черта МВРС - наличие внутренней полости диаметром do и глубиной / на рабочей части для размещения стружки, а также канала для внутренней подачи СОЖ диаметром dK. Режущая часть длиной /} МВРС образована рядом разомкнутых зубьев с основанием, расположенным на направляющей части длиной /2; зубья в поперечном сечении представляют собой сектор кругового кольца Iа направляющая часть /2 - наружную цилиндрическую резьбовую поверхность без стружечных канавок. Следовательно, имеются существенные отличия от монолитной режущей части с сердцевиной dQ стандартных метчиков (рис.1);

№2

2008

та«

1|_ ь

т-

А-А

1—'—г

П . пар" " Г

I

........... . 1

I - 1 .

ГП,

£

ш о 0"

8

Ч.

!

/У

I

N .л

/ I

г /

Рис. I. Конструктивные элементы метчиков а) метчик с внутренним размещением стружки; б) стандартный метчик.

Прочность МВРС лимитируется прочностью зубьев режущей части, которая воспринимает момент резьбонарезания. Это обуславливает необходимость разработки модели для оценки прочности зубьев МВРС как наиболее слабого элемента.

При расчете прочности зубьев МВРС приняты следующие допущения:

1. Режущий зуб рассматривается как консольная балка постоянного сечения в виде сектора кругового кольца.

2. Разрушение зуба происходит только под действием касательной Р и радиальной Рт составляющих сил резания. Зубья метчика нагружены одинаково.

3. Нагрузки можно рассматривать как равнораспределенные и приведенные к собственному среднему диаметру метчика йг

4. Силы резания на вспомогательных режущих лезвиях не принимаются в расчет из-за их незначительности.

5. Наличие резьбового профиля не влияет на момент инерции поперечного сечения зуба метчика.

6. Затылование режущей части выполнено в пределах высоты резьбового профиля и не снижает прочности зуба метчика в поперечном сечении.

Схемасилрезания?действующихназубинструмента?представленанарис.2.Суммарнаясила резания, приходящаяся на каждый режущий профиль, раскладывается на равнораспределенные радиальную д^ касательную дк и осевую д0 (на схеме не показана) составляющие. Значения

№ 2 2008: составляющих силы резания определены на основе экспериментально полученных

зависимостей [1]:

Я -1285 - а0,8 ■/

н

рг =420-^ ./.(^

где: / - длина режущего лезвия; а^ - толщина срезаемой стружки, а

г - число зубьев метчика; Р - шаг резьбы; значения коэффициентов соответствуют обработке стали 45 (НВ-200-207).

Действие этих сил приводит к возникновению крутящего момента относительно оси О и изгибающего момента относительно заделки.

Рис.2. Схем а расч ета зуб а м етч и ка н а и роч но сгь

На основе принятых допущений, схемы 2 и уравнений (1) получена зависимость момента разрушения МВРС от основных конструктивных параметров инструмента:

М - [б 1—-—--^..........----- Л 1-м (2)

1 } Л { л '

41А + 3В~ )

где: с!г (1, ~ внутренний и средний диаметры резьбы соответственно;

¿й2 • С05 - + 0, об ЯП 7' 2111 р\ ( й* 2№ Щ' — + %

, Г Г й) ■ № г, 03 - - ¡г

1,00 С05 — ■ 51П ¡¿г ¿ах • 5Ш — 11. щ •

4с1л 0,54 'СОБ—)-8Ш--1532Х7. -вт^

\л/

0,2 ;

w

^л/2 -эт2 \л/);

1, - длина режущей части инструмента, /, = ; (1Г - диаметр переднего торца

№2

2008

метчика; / - ширина зуба: 1к

б/, -V

; w - центральный угол кругового кольца; все угловые

значения входящие в зависимость (формулы) представлены в радианах.

Работоспособность инструмента обеспечивается, если между моментом разрушения и моментом резьбонарезания выполняется соотношение:

М > М . (3)

кр реч 4 '

Момент резьбонарезания может быть определен по зависимости [2] с учетом запаса прочности ииструменета:

МР1 =с-

р 1.75 ^ 70.2

где:

'Я

0.2

-к -к-]0~\ Н-м,

к - запас прочности МВРС, к - 2 ...2,5;

к - коэффициент, учитывающий увеличение момента резания из-за износа инструмента, к = 1,5;

с = константа, учитывающая свойства материала обрабатываемой заготовки.

Соотношение (3) позволяет устанавливать допустимые значения размеров конструктивных параметров инструмента. На примере нарезания в стали 45 (НВ = 200 207) резьбы М16, при

г = 4 и = 7,2 мм проиллюстрировано определение области допустимых значений длины режущей части 11 и диаметра с1 полости под размещение стружки инструмента. Эта область значений 1( и с/о на поверхности 1, ограниченная плоскостью момента резьбонарезания 3 (рис.3).

Мкр (Н.м)

450-1

400-

350-

300-

250-

200-

150-

100-

50-

0--1 fí с

3-

Рис.З. Зависимость крутящего момента разрушения Мкр от диаметра отверстия do и длины режущей части метчика крутящий момент разрушения МВРС; 2 - крутящий момент разрушения стандартного метчика; 3 - крутящий моменч

резьбонарезан и я М16.

2008

Аналогично представляется возможность определять влияние на моменты значений других параметров инструмента, например для М16 числа зубьев 2 инструмента (рис.4).

13

н (ММ)

Рис.4. Зависимость крутящего момента разрушения Мкр от диаметра отверстия и длины режущей части метчика

М16 при = 3 и г = 4

Выполнен сравнительный анализ (рис.5) разрушающих моментов для МВРС и стандартных метчиков с одинаковым шагом. Расчет прочности стандартных метчиков выполнен по эмпирической зависимости [3]:

мкр.стаи1>-с,-а1 н-м,

где: с1с - диаметр сердцевины стандартного метчика; С, - коэффициент, учитывающий конструктивные параметры метчика (при 2 = 4, С = 0,085).

На рис.3 представлен частный случай для метчиков М16 - поверхность 2. Результаты общего сравнительного анализа представлены на рис.5.

24СК1

и :?т1

гййй 54-00

в гоо

шОй Ййй 43.00 40й

,' 1 М-1" шлкьл -: 1 У 1 1 « • 1 ! Г 1 $ • »ч Р/ « И 1'Л" ! '--г: .. -юогу V у 1 / !

! ; 1 щ,. г! н . »- • '-М- 1 '-м 1 г'". 1 ■ - | • . ■ '' Г ' < 1 ) 1

"" ----------- 1.....*............ 1 —---^ " „ . ••• 1 | - - " | 1 1 1

] Р 4 мм.)

ад иг М14 9А1& мш мго мгг МЙ*

Рис. 5. Зависимость крутящего момента разрушения Мкр от диаметра метчика

№2

2008

Выводы

1. Полученная зависимость момента разрушения метчиков с внутренним размещением стружки от конструктивных параметров определяет области допустимых значений параметров и может быть использована при проектировании инструмента.

2. Прочность метчиков с внутренним размещением стружки примерно равна с прочностью стандартных метчиков в диапазоне диаметров от Ml2 до Ml6 и при размерах инструмента более М16 превышает прочность стандартных метчиков.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Древа ль А. Е, Усилия резания при резьбонарезании метчиком - Известия вузов. Машиностроение, 1970 - №9. - сЛ 74 - 178.

2. Рождественский JL А. Определение крутящего момента при нарезании резьбы метчиком. - В кн.: Резание металлов. М., Машгиз, 1951.

3. Матвеев В.В. Нарезание точных резьб. - М.: Машиностроение, 1968. - 114 с.

629.735.015.4: 539.219.2

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ПОВЫШЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ УСТАЛОСТИ СЛОЖНО НАГРУЖЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ МЕТОДАМИ ПОВЕРХНОСТНОГО ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ(ППД)

СООБЩЕНИЕ 2. МЕХАНИЗМ РАСХОДОВАНИЯ НАКОПЛЕННОЙ МАТЕРИАЛОМ ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ НА ПОДДЕРЖАНИЕ СЖАТИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО слоя

Канд. техн. наук, ст. научи. сотр. Г.М. РЫБАКОВ

Описан механизм аккумулирования энергии объемом, материала при дробеструйной обработке деталей. Энергия аккумулируется в упруго растянутом объеме материала и расходуется на поддер;ж:ание сжатия поверхностного слоя при переменных или

постоянных напряжениях. Доказано существование максимума накопленной энергии, при котором сопротивление усталости достигает максимальных значений.

Energy storing mechanism in the volume of material under shot peening process is described. The energy>