CC BY
15ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК: 621.91
Абдулкеримов И. Д.
к.т.н., ст. преп, ГБОУ ВО РК КИПУ
ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ КАЧЕСТВЕННЫХ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ДЕТАЛЕЙ ИЗ СИЛУМИНОВЫХ СПЛАВОВ ДЕФОРМИРУЮЩИМ
ИНСТРУМЕНТОМ
В статье предложены новые подходы к решению научно-технической задачи технологического обеспечения герметичности резьбовых соединений деталей из алюминиевых сплавов с газоусадочной пористостью деформирующим инструментом. Приведены результаты аналитического и экспериментального исследования метода механической обработки резьбовых отверстий при применении деформирующего инструмента с учетом моделирования процесса формообразования дюймовых резьб в глухих отверстиях деформирующим инструментом.
Ключевые слова: технологический процесс, алюминиевые сплавы, газоусадочная пористость, резьбовое соединение, деформирующий инструмент.
Постановка проблемы. Современные тенденции обеспечения качества обработки ответственных изделий машиностроения требуют совершенствования технологических методов обработки. Рассматриваемые в работе корпусные детали пневмоаппаратуры из алюминиевых сплавов, работающих под давлением до 1МПа, представляют собой отливки средней сложности с габаритными размерами от 50 до 160 мм, толщиной стенок от 2,5 до 8 мм и массой от нескольких десятков грамм до 1,5 кг. Литье под давлением (ЛПД), как малоотходный и высокопроизводительный процесс получения точных отливок сложной конфигурации с качественной поверхностью, широко применяется в машиностроении, автомобильной, тракторной, приборостроительной и многих других промышленностях. Однако наряду с преимуществами ЛПД имеет один значительный недостаток — это повышенная газо-усадочная пористость, и как следствие — низкая герметичность отливок для изделий, работающих под давлением.
В качестве присоединительных элементов корпусные детали пневмоаппаратуры имеют метрические (до М72), конические (до К 1 1/2") и трубные цилиндрические (до 2") резьбы. Получение таких резьб традиционными методами с использованием метчиков приводит к тому, что в процессе формирования резьбы происходит «вскрытие» пор, которые могут быть изолированными или образовывать систему сквозных каналов и стать причиной потери герметичности резьбового соединения. Для обеспечения герметичности резьбовых соединений в литых деталях с газо-усадочной пористостью применяют различные герметики или метод вакуумной пропитки компаундами. Однако, возникающие в процессе эксплуатации изделия линейные и объемные температурные расширения, могут снижать работоспособность изделий из-за потери герметичности разъемных соединений.
Очевидно, при механической обработке корпусной детали необходимо в процессе формирования резьбы в корпусных деталях пневмоаппаратуры или предварительно перед ним «закрыть» эти поры и изолировать их друг от друга. Способ подготовки поверхностного слоя глухих отверстий в литых алюминиевых сплавах может основываться на применении специального деформирующего инструмента. Разработка технологии с применением деформирующего инструмента позволит получить плотный безпористый поверхностный слой и обеспечить герметичность резьбовых соединений в деталях, полученных методом ЛПД. Таким образом, обеспечение качества изготовления глухих резьбовых отверстий в корпусных деталях из алюминиевых сплавов с газо-усадочной пористостью для обеспечения
герметичности резьбовых соединений в изделиях пневмоаппаратуры, работающих под давлением до 1МПа является актуальной задачей.
Цель статьи: повышение качества изготовления глухих резьбовых отверстий в корпусных деталях из алюминиевых сплавов, полученных литьем под давлением (с газоусадочной пористостью).
На основе методики определения коэффициента трения мы разработали методику для определения параметров инструмента и его режимов работы с учетом показателей качества поверхности — для литого алюминиевого сплава АК12М2(рис.1).
105
Рис.1. — Методика исследования закономерностей механики ППД, литых алюминиевых
сплавов.
С учетом данных полученных ранее в работах Розенберга А. М., Розенберга О. А., Цеханова Ю. А., Шейкина С. Е., для моделирования поверхностно пластического деформирования сплава АК12М2, угол рабочего конуса мы примем в пределах от 3° до 8°, ширина контакта деформирующей части инструмента соответственно должна лежать в пределах от 2 до 5мм. Ширина менее 2мм., не позволит выполнить обкатывание с поперечной подачей из-за не достаточной прочности выступа деформируемого выступа модели, а размер ширины более 5мм не рационально завышен с точки зрения как глубины деформирования, так и возникающих усилий деформирования. Угол задней поверхности в выбран величиной в 15° по аналогии с режущим клином.
Для исследования закономерностей механики ППД предложена следующая методика: ППД осуществляется по наружной поверхности цилиндрической литой заготовки получаемой литьем под давлением из сплава АК12М2.
Для обеспечения пористости такой же, как у обработанных изделий модели (заготовки) отливались при тех же технологических условиях, но с разными плотностями. Плотность варьировалась с помощью применения различных усилий прессования при литье для обеспечения адекватности модели к производственным изделиям. Параметры плотности определялись по известным зависимостям с точностью ± 0.001 г/см3.
Обкатка проводилась с помощью деформирующих инструментов. Деформирующие инструменты были изготовлены с помощью перешлифовки прямых проходных резцов из быстрорежущей стали марки Р6М5К5 с точностью ± 0°10'
Структурный анализ показал, что при выглаживании поверхности формируются аналогично, но при этом предварительно корка удаляется обтачиванием. Для формирования
шшшЛауг.заепсе
плотного поверхностного слоя необходимы большие сдвиговые деформации, при которых происходит «залечивание» пор.
Мы применили многоцикловое (ступенчатое) ППД с числом циклов 8-15. Для этого были нарезаны выступы (пазы) для каждого из выступов на каждой из моделей применили свое количество циклов тем самым нам представилась возможность проанализировать влияние количества циклов на качество поверхности. Циклом считали контактное взаимодействие модели с деформирующим инструментом за один оборот шпинделя. Количество оборотов шпинделя 25 об\мин и поперечную подачу 0.05мм\об приняли согласно рекомендациям по скорости деформирования.
В ходе проведения эксперимента были получены следующие данные (рис. 2) для заготовки с плотностью р=2.735 г/см3 и инструментом с углом деформации 4 градуса при скорости деформации ^=3,77 м/мин, Бп=0,05 мм/об. Из макроснимков видно, что закрытие поры после 8 ми циклов происходит не полностью и как следствие не происходит сдвиговых деформаций. Исходя из этих данных, мы видим, что данные режимы не являются оптимальными. Следовательно, количество циклов должно быть увеличено.
Рис. 2. — Заготовка №1 с плотностью р=2.735 г/см3 и инструментом с углом деформации 4 градуса при скорости деформации ^=3,77 м/мин, Бп=0,05 мм/об.
В дальнейшем, для этой же заготовки, проведя ряд сравнений пор до и после деформирования, пришли к выводу, что наиболее оптимальными режимами являются угол деформации 4 градуса при скорости деформации ^=3,77 и 13 циклов нагружения (рис. 3).
Для выявления эффекта «закрытия» пор и наиболее качественной поверхности мы использовали визуальные методы наблюдения с помощью микротвердомера ПМТ-3. Поры и макротрещины на поверхности заготовки были сфотографированы до и после ППД (рис.2, рис.3). На основании этих данных мы можем утверждать, что при ППД алюминиевого сплава АК12М2 возможно получение качественной поверхности. Сравнивая значения, мы пришли к
шшшЛауг.заепсе
тому, что скор [ПД влияет не так значительно на качество поверхности
АК12М2, как ] эл деформации.
Рисунок 3. — Заготовка №1 с плотностью с=2.735 г/см3 и инструментом с углом деформации 4 градуса при скорости деформации ^=3,77 м/мин, Sп=0,05 мм/об.
Выводы. Практика использования метода поверхностно-пластического деформирования при формообразования поверхностей позволила предположить возможность применения его для подготовки поверхностного слоя глухих отверстий в литых алюминиевых сплавах с газоусадочной пористостью путем формирования плотного безпористого поверхностного слоя как основы обеспечения герметичности резьбовых соединений.
На основе исследования технологических особенностей алюминиевого сплава АК12М2 и процесса его поверхностно-пластического деформирования определены условия обеспечения качества обрабатываемой поверхности в зависимости от количества циклов и угла деформации. Это позволило разработать математическую модель определения геометрических параметров деформирующего инструмента и режимов его работы (количество циклов нагружения 12-13, угол деформации 4 градуса, скорость деформации ^=3.77 м/мин при поперечной подаче S=0.05мм/об) для обеспечения требуемого качества обработки поверхности под резьбу в глухих отверстиях деталей из сплава АК12М2.
Литература
1. Абдулкеримов И. Д. Обеспечение качества изготовления глухих резьбовых отверстий в корпусных деталях из алюминиевых сплавов с газоусадочной пористостью деформирующим инструментом / А. А. Пермяков, И. Д. Абдулкеримов // Сборник научных трудов "Проблемы проектирования и автоматизации в машиностроении: сборник научных трудов. Серия: «Проектирование и применение режущего инструмента в машиностроении» / Под общ. ред. Ю.М. Соломенцева. [Текст]. — Ирбит: ЗАО «ОНИКС», 2015. — С. 84-91.
2. Пермяков А. А. Технологическое обеспечение герметичности резьбовых соединений деталей на основе поверхностно-пластического деформирования /
А. А. Пермяков, И. Д. Абдулкеримов // Науковi нотатки: зб. наук. праць. — Луцьк: РВВ Луцького НТУ, 2015. — Вип. 52. — С. 231-236.
3. Алюминиевые сплавы (свойства, обработка, приминение): справочник [под ред. М. Е. Дриц и Л. Х. Райтбаг]. Москва: Металлургия, 1979. -679 с.
4. Алюминиевые сплавы. Плавка и литье алюминиевых сплавов: справочник [под ред. М. Б. Альтман, А. Д. Андреев, Н. Н. Белоусов]. Москва: Металлургия, 1970. — 416 с.
5. Жуков А. А. Повышение эффективности литья под давлением (ЛПД) / А. А. Жуков,
A. Д. Постнова, В. А. Борисов и др. // Литейщик России. — 2008. — № 1. — с. 25-30
6. Огородников В. А. Энергия. Деформация. Разрушение: монография /
B. А. Огородников, В. Б. Шмелев, И. О. Сивак. — Винница: «Универсум — Вшниця», 2005. — 204 с.
7. Розенберг А. М. Твердость и напряжения в пластически деформируемом теле / А. М. Розенберг, Л. А. Хворостухин. // Журн. техн. физики.. — 1955. — № 25. — С. 312-322.
8. Розенберг О. А. Механика взаимодействия инструмента с изделием при деформирующем протягивании / О. А. Розенберг. — Киев: Наук. думка, 1981. — 288 с.
