Расчет натяга при отделочной обработке деталей из латуни комбинированным фасонным инструментом Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Список литературы

1. Weck M., Becker R., Ye G. «Elektrisch-Elektronische Realisierung Ungleichmässiger, Periodischer Bewegungen» // Special VDI- Zeitschrift Antriebstechnik (1987) VDI Verlag. S. 32 - 44.

2. Федоров Ю. Н., Феофилов Н. Д. Расчет параметров процесса зу-бонарезания червячными фрезами // Исследования в области технологии механической обработки и сборки машин. 1977. С. 9 - 16.

3. Феофилов Н. Д. Червячная фреза с взаимозаменяемыми твердосплавными резцовыми блоками // Резание и инструмент. 1980. С. 95-97.

4. Феофилов Н.Д. Червячные фрезы с поворотными зубчатыми рейками // Вестник машиностроения. 2001. № 6. С. 44-46.

V. Skryabin, A. Timofeev, N. Feofilov, E. Yanov

Kinematics of the worm hobbing

The problems of rational use of gear hobbing machines for machining parts with different tooth profile are considered. The schemes of the realization of the processing cycles and specifications are most common in Russia, CNC gear hobbing domestic and foreign, as well as the progressive construction of prefabricated tools are considered.

Key words: hobbing, rolling action, cycle, feed.

Получено 28.12.10 г.

УДК 621.919.2

М.И. Корнева асп., 910-700-47-85, когшап£@шаП .ги (Россия, Тула, ТулГУ)

РАСЧЕТ НАТЯГА ПРИ ОТДЕЛОЧНОЙ ОБРАБОТКЕ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ЛАТУНИ КОМБИНИРОВАННЫМ ФАСОННЫМ ИНСТРУМЕНТОМ

Представлен расчет натяга, возникающего между размерами шестигранника латунной гайки и шестигранника первой, буферной, обжимающей матрицы комбинированного фасонного инструмента при отделочной обработке детали.

Ключевые слова: натяг в системе матрица - деталь, осевые и тангенциальные напряжения, закон Гука, относительное удлинение элемента.

При производстве изделий водоразборной арматуры на предприятии ООО «Аркон» возникла необходимость в отыскании принципиально новых технических решений по отделочной обработке деталей, требующих полировочной операции и имеющих большой объем выпуска, в частности, детали «Гайка соединительная», которая представлена на рис. 1. Наружный шестигранник данной гайки является базой для обра-

ботки внутреннего отверстия и нарезания в нем резьбы М27*1,5, соосной с базовой поверхностью. Заготовкой является отливка, полученная литьем под давлением в многоместные пресс-формы. Материал - латунь ЛЦ40Сд. Объем выпуска составляет более миллиона деталей в год.

При этом на предприятии используется ручная полировка, которая характеризуется тяжелыми условиями труда и повышенной вредностью, а значит, и высокой заработной платой рабочих.

Принципиально новым методом получения поверхности требуемого качества является сочетание прочесов протягивания и штамповки [1]. Для апробации предложенной технологии были представлены специальный комбинированный инструмент и необходимая оснастка. В ходе испытаний выявились определенные недостатки процесса, которые в значительной степени связаны с тем, что все элементы оснастки выбирались конструктивно. Для устранения недостатков требуется найти теоретически обоснованные и практически подтвержденные значения таких параметров, как углы заточки режущей части инструмента и форма рабочей части выглаживающей матрицы, припуски на обработку, скорость резания, а главное, натяг в системе. Под натягом в данном случае следует понимать разницу между размерами шестигранника детали и шестигранника первой буферной, обжимающей матрицы (рис. 2). Оптимальное значение натяга позволит сохранить форму внутреннего отверстия, избежать выкрашивания режущих зубьев, а значит, увеличить стойкость инструмента. К тому же это позволит исключить появление погрешности обработки, связанной с нарушением ориентации детали относительно пуансона при ее движении вне рабочих элементов.

Рис. 1. Гайка соединительная

Совокупность этих обоснованно принятых решений позволит получить поверхность с заданной шероховатостью и обеспечить при этом соосность наружного шестигранника и внутреннего отверстия, не повредив форму последнего, а также выполнить нормирование точности, как элементов инструмента, так и используемой заготовки. При этом особенно важно определить размер шестигранника первой, буферной секции, так как после прохождения через нее отверстие под резьбу должно обжимать пуансон. Необходимо также установить оптимальное значение первоначального зазора между этим отверстием и пуансоном. Зазор должен быть таким, чтобы, с одной стороны, усилие обжатия могло устранить его, а с другой стороны, снятие детали съемником не должно требовать больших усилий.

I

Рис. 2. Схема распределения натяга:

1 - пуансон; 2 - гайка; 3 - буферная секция;

А - исследуемый зазор; I - рассчитываемый натяг

Для решения поставленной задачи необходимо найти зависимость перемещения поверхности отверстия от угла ф, характеризующего некий элементарный участок обрабатываемой поверхности (рис. 3), и усилия обжатия.

Рис. 3. Схема расчета натяга

Рассмотрим сегмент 1, ограниченный углом ере [0; 30 °] (см. рис. 3). Гайка в момент прохождения буферной секции будет находиться под действием нормальной силы Р. Вследствие осевой симметрии гайки и действующих на нее нагрузок напряжения и деформации в гайке будут также симметричны относительно ее оси. По этой же причине можно исключить действие моментов.

По граням сегмента 1 будут действовать напряжение Оь а в области сегмента 2 - напряжение 01 и напряжение о2.

Рассмотрим статическую сторону задачи и составим уравнение статики в соответствии с принятой системой координат (см. рис. 3): ЕХ = 0 и ЕУ = 0.

Вследствие симметрии элемента первое условие удовлетворяется тождественно, а второе после подстановки выражений для усилий принимает вид

£7 = СГ[ ■ с1Р\{<$) + <52 'этЗО0 =0при сре[0 °; 30 °], (1)

где (¿Р^ср) - площадь элементарного сектора сегмента 1; <Л:¡(ср ) - площадь элементарного сектора сегмента 2,

¿//*] (ф) = б//*д - ¿//*о,

где с1Р'л - площадь элементарного треугольника оаЬ (ш. рис. 3); <Л'() - площадь элементарного сектора окружности оес!,

0.125 • S2 Р-r

dFA =----------2-dj; dFo = ^^- dj;

2

cos j

360°

) 0.125• S ф p-r

dFij)=---------2— ф.

cos ф 360

dF2 (ф) = dFR - dFo, где dFR - площадь элементарного сектора oed ^см. рис.3),

dFR(ф) = 0.5R2 -dj,

dF2(j) = 0.5R2 -dj-

p- r

360°

dj.

Таким образом, уравнение (1) принимает вид

о

Ґ 2 0.125- S 2

2

cos j

dj

p- r

360°

dj

О Р - Г

+ 0.5о2 0.5R2 - dj-—— 2 360°

dj = 0. (2)

Составим уравнение для определения 01 и о2 в перемещениях. Обозначим радиальное перемещение цилиндрической поверхности радиусом г

через и, тогда перемещение грани гайки и + du будет — + d—, относительное удлинение элемента d— выразится формулой

е1

du

(3)

d

2

Относительное удлинение в тангенциальном (окружном) направлении

= (r - u )sin dj- r sin dj = u r • sin dj r

e0

(4)

Рассмотрим физическую сторону задачи. Натяг в рассматриваемом случае должен выбираться из условий отсутствия пластических деформаций во всем объеме детали. Тогда подставим зависимости между напряжениями и деформациями в соответствии с обобщенным законом Гука применительно к плоскому напряженному состоянию в следующем виде:

s

е = -1 (-°1 - то 2),

Е

£е =-г:(-0 2 -то);

Е

Учитывая (3) и (4), получим

о1 =—^ (т£е-£1),

1 -т2

°2 = :—2 (-ее+те1)

1 -т

о1

Е

0 2

1 -т2

Е

1 -т2

Л

и du

-т--

г d—

2 )

( Л

и du

-+т

г d—

V 2 )

(5)

(6)

Подставив (6) в (2), получим дифференциальное уравнение в перемещениях:

/ Л

Е

1 -т

и du

|1- +-------

г d— 2

Г 2 Л

0.125— р-г

dф +

У

+ 0.5-

Е

1 -т

Л

и du

- + |1-----------

г ^

d

2

\.5К2 -РГ"

V

360°

dф = 0.

у

Решая это уравнение, запишем

и

-т-

г

2 ^

2 Р • г

0.083—\ф----------ф

360°

+ 0.5 -

0.5Я

2 Р- г

360°

ф + С = 0,

и

С-г

о Р • г 2

0.083—2^ф- ------ф

360°

-0.5

0.5Я

2 Р-г

360°

ф

(7)

где С - постоянная интегрирования, определяемая из граничных условий. В данном случае граничными условиями будут

01 — 02,

г

где Г - площадь поверхности калибруемой заготовки, мм , Р - усилие обжатия, рассчитываемое по формуле

Р = д¥,

где д - удельное давление обрабатываемого материала, принимаемое для латуни 350 - 450 Н/мм [2].

Подставляя (7) в (5), находим

01 =

Е

С

2 Л (

О Р • г О Р • г

0.083—2?яф--------------ф -0.5 0.5Я2

V

d

360°

) V

С-г

360°

ф

d

2 Р г2 Л ( 2 Р г2

0.083—2tgф- -------ф -0.5 0.5Я2-—

360° 360°

ф

)

ЕСт °.°83— - ^ф^ - 2г) - ^360° ф(т - °.5)- а25^

д

1 -т

о Р - г2

0.083-2tgф- -------ф

л

360°

г

0.5Я

С =

д(1 -т )

0.083—2tgф-Р г ф 360°

-0.5

) V 2

2 Р-г

2

360°

0.5

У

0.5Я

2 Р-г

ф

2

2

V

360°

ф

Ет

0.083— ^ф^х— - 2г )-

Р-г

360°

ф(т-0.5)-0.25Я:

Подставив значение постоянной С в (7), получим

и

д(1 -т )г

• 2 Л ^

0.083—2tgф- Р г ф 360°

- 0.5

0.5Я

2 Р-г

360°

ф

Ет 0.083— • tgф(m- - 2г)- Рг°г ф(т - 0.5)- 0.25Я:

(8)

В плоскости угла ф — 0 ° относительное удлинение сегмента 1, обозначенное через е1, в соответствии с законом Гука, выражающим линейную зависимость деформаций от напряжений,

е = 01 = д

1 Е Е

—

2

п л ¡л о д —

Тогда перемещение и в плоскости угла ф — 0 ° составит: и =----.

Е 2

Подставив это выражение в (8), найдем окончательный вид формулы для определения радиального перемещения и:

и

■ 1

д— д(1 - т )г

2.

0.083— tgф

Р • г

2

360е

ф

- 0.5

0.5Д

2 Р • г

2

360°

ф

2 Е

Ет

0.083— • tgф(m— - 2г )-

Р • г

360°

ф(т-0.5)-0.25Д:

Графически это уравнение для диапазона фе [0 °; 30 °] будет иметь следующий вид (рис.4).

Однако данное уравнение отражает идеальный случай обработки, который не учитывает появление моментов, вызванных перекосом заготовки при прохождении ее через секции во время обработки. Этот перекос связан с погрешностями обработки и сборки самого комбинированного инструмента, что еще раз подтверждает необходимость обжатия гайки относительно пуансона.

Анализируя полученные результаты расчета, можно принять зазор между гайкой и пуансоном А (см. рис. 2) равным минимальному значению перемещения стенок отверстия итп = 0,061 мм.

Для того чтобы создать необходимый натяг в системе, буферная матрица должна иметь размер, меньший минимального размера 8 (см. рис.3) получаемой заготовки: 8тт — 29,9 мм. С учетом требований к точности и чистоте поверхности детали припуск, а значит, и натяг (см. рис.2) на первой буферной секции будет составлять 1 — 0,1 мм.

Рис. 4. Результаты расчета

75

Расчет натяга является первым этапом при определении оптимальных параметров рабочих секций инструмента. В дальнейшем необходимо установить такие параметры, как скорость резания, припуск на обработку каждого рабочего элемента, способ охлаждения и другие параметры, позволяющие произвести окончательную корректировку параметров процесса.

Список литературы

1. Сотова Б. И., Корнева М. Отделочная обработка наружных шестигранных поверхностей на деталях из латуни специальным комбинированным инструментом // Вестник ТулГУ. Сер. Инструментальные и метрологические системы: материалы Международной юбилейной научнотехнической конференции «Инструментальные системы машиностроительных производств», посвященной 105-летию со дня рождения С. С. Петрухина, 29-31 октября 2008 г. Тула: Изд-во ТулГУ, 2008. 56 с.

2. Малов А. Н. Технология холодной штамповки. М.: Машиностроение, 1969.

3. Писаренко Г. С., Яковлев А. П., Матвеев В. В. Справочник по сопротивлению материалов 2-е изд., перераб. и доп. Киев: Наук. думка, 1988.

M. Korneva

Computation of preload for finishing works with combined profile tool which are carried out for brass details

It is submitted the computation of preload which takes place between sizes of hexagonal brass nut and offirst hexagonal ringing matrix of combined profile tool during details finishing works.

Key words: tightness in the system a matrix - a detail, axial and tangential pressure, the law of Gook, relative lengthening of an element.

Получено 28.12.10 г.