Научная статья на тему 'ВЗАИМОСВЯЗЬ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ИНСТРУМЕНТА И КАЧЕСТВА ИЗГОТОВЛЕНИЯ УЗЛА КРЕПЛЕНИЯ МЕТОДОМ ПЛАСТИЧЕСКОГО СВЕРЛЕНИЯ'

ВЗАИМОСВЯЗЬ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ИНСТРУМЕНТА И КАЧЕСТВА ИЗГОТОВЛЕНИЯ УЗЛА КРЕПЛЕНИЯ МЕТОДОМ ПЛАСТИЧЕСКОГО СВЕРЛЕНИЯ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
15
4
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ИНСТРУМЕНТА / GEOMETRIC PARAMETERS OF THE INSTRUMENT / РАЗРЫВ / GAP / НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ / STRESS-STRAIN STATE / ПЛАСТИЧЕСКОЕ СВЕРЛЕНИЕ / PLASTIC DRILLING / УЗЕЛ КРЕПЛЕНИЯ / MOUNT

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Татаркин Евгений Юрьевич, Анзыряев Радион Анатольевич

Проведен конечно-элементный анализ напряженно-деформированных состояний узла крепления при пластическом сверлении инструментом с конической и криволинейной формами рабочей части. Отражено влияние формы рабочей части инструмента на возникновение разрывов в процессе пластического сверления.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Татаркин Евгений Юрьевич, Анзыряев Радион Анатольевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Relationship of geometrical parameters of quality tools and manufacturing unit drilling mounting method of plastic

A finite-element analysis of stress-strain states of the mount in plastic drilling tool with a tapered and curved forms of the test section. Reflected the influence of the shape of the working tool on the occurrence of breaks in the plastic drilling

Текст научной работы на тему «ВЗАИМОСВЯЗЬ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ИНСТРУМЕНТА И КАЧЕСТВА ИЗГОТОВЛЕНИЯ УЗЛА КРЕПЛЕНИЯ МЕТОДОМ ПЛАСТИЧЕСКОГО СВЕРЛЕНИЯ»

ТЕХНОЛОГИЯ УДК 621.7

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ^Vl

ВЗАИМОСВЯЗЬ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ИНСТРУМЕНТА И КАЧЕСТВА ИЗГОТОВЛЕНИЯ УЗЛА КРЕПЛЕНИЯ МЕТОДОМ ПЛАСТИЧЕСКОГО СВЕРЛЕНИЯ

Е.Ю. ТАТАРКИН, доктор техн. наук, профессор

Р.А. АНЗЫРЯЕВ, аспирант

(АлтГТУ им. И.И. Ползунова, г. Барнаул)

Статья поступила 25 июня 2012 г.

Татаркин Е. Ю. - 656038, г. Барнаул, пр. Ленина, 46, Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова, e-mail: agtu-otm2010@mail.ru

Проведен конечно-элементный анализ напряженно-деформированных состояний узла крепления при пластическом сверлении инструментом с конической и криволинейной формами рабочей части. Отражено влияние формы рабочей части инструмента на возникновение разрывов в процессе пластического сверления.

Ключевые слова: геометрические параметры инструмента, разрыв, напряженно-деформированное состояние, пластическое сверление, узел крепления.

В машиностроении достаточно широко применяются изделия из листовых заготовок (кожу -хи, корпуса, кузова, крышки, емкости, задвижки, теплообменники, элементы трубопроводов и др.), которые предусматривают резьбовое крепление к ним различных комплектующих деталей. Для изготовления узлов крепления в тонкостенных деталях в большинстве случаев используют приварку гладких и резьбовых втулок, гаек, болтов и шпилек, предварительную пробивку отверстий и пр. Однако существующие способы не обладают достаточной технологичностью и приводят к дополнительным затратам труда, материальных и энергетических ресурсов. Одним из эффективных способов обеспечения технологичности процесса, снижения трудоемкости и затрат при изготовлении узлов крепления является пластическое сверление, представляющее собой процесс нагрева металла до состояния пластичности, достигаемого за счет сил трения, возникающих при контакте вращающегося с определенной частотой инструмента с тонкостенной деталью. Материал детали нагревается и под воздействием давления инструмента пластически деформируется, принимая форму инструмента (рис. 1).

В настоящее время в литературе рассмотрены вопросы повышения производительности и снижения трудоемкости изготовления узлов крепления [1, 2]. Малоисследованной областью при изготовлении узлов крепления остается влияние геометрических параметров инструмента (угол при вершине 2ф, фор-

а б в г

Рис. 1. Схема процесса пластического сверления

ма рабочей части) на точность размеров, шероховатость, возникновение при пластическом сверлении преобладающего вида брака - разрывов в теле узла крепления.

Одной из гипотез, объясняющих возникновение разрывов металла в теле узла крепления, является гипотеза, основанная на том, что на этапе окончательного формообразования узла крепления коническая часть инструмента выходит наружу и вызывает резкое увеличение радиально направленной силы на стенку втулки. Данное обстоятельство способствует формированию разрывов в зоне выхода рабочей части пуансона-сверла (рис. 2). Решением данной проблемы является применение в процессе пластического сверления инструмента (пуансона-сверла) с эллипсоидной формой рабочей части, позволяющей избежать резкого увеличения радиальной силы в зоне выхода рабочей части инструмента.

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

ТЕХНОЛОГИЯ

Рис. 2. Разрывы в теле узла крепления

С целью исследования влияния формы рабочей части пуансона-сверла на распределение растягивающих напряжений в формируемом узле крепления был проведен конечно-элементный анализ напряженно-деформированных состояний узла крепления.

Анализ проводился с момента образования отверстия в нижней части крепежного элемента до момента выхода рабочей части пуансона-сверла из зоны обработки в несколько этапов для инструментов с ко -нической и эллипсоидной формами рабочих частей. В построенных моделях использовалась статическая схема нагружения. К пуансону-сверлу прилагалась осевая сила величиной 4000 Н. Температурой в зоне обработки и крутящим моментом инструмента пренебрегли. Был учтен коэффициент трения стали по карбиду вольфрама по сухой и чистой поверхности к = 0,5.

тр '

На рис. 3 изображены эпюры распределения напряжений в теле узла крепления при пластическом

Рис. 3. Эпюры распределения напряжений в теле узла крепления

сверлении инструментом с конической формой рабочей части.

Принятые исходные данные процесса исследования: пуансон-сверло диаметром 9 мм, угол при вершине пуансона-сверла 60° (для инструмента с ко -нической формой рабочей части), материал инструмента твердый сплав ВК8; толщина образца 3 мм, материал - конструкционная сталь Ст3. Сила, прилагаемая к инструменту, 4000 Н.

На рис. 4 изображены эпюры распределения напряжений в теле узла крепления при пластическом сверлении инструментом с эллипсоидной формой рабочей части. Принятые исходные данные процесса исследования: пуансон-сверло диаметром 9 мм, материал инструмента твердый сплав ВК8; толщина образца 3 мм, материал - конструкционная сталь Ст3. Сила, прилагаемая к инструменту 4000 Н.

Рис. 4. Эпюры распределения напряжений в теле узла крепления

Из диаграммы, изображенной на рис. 5, видно, что при обработке пуансоном-сверлом с ко -нической формой рабочей части в момент, когда пуансон-сверло находится в средней стадии обработки, напряжения резко возрастают по линейной зависимости вплоть до выхода инструмента из зоны обработки. Момент начала роста напряжений - это тот момент, когда зона максимальных напряжений сместилась с границы рабочей части инструмента на кромку образуемого отверстия. Наиболее вероятно, что на данном этапе начинается раскрытие трещин, так как кромка находится под действием резко увеличивающихся напряжений. При использовании пуансона-сверла с эллипсоидной формой рабочей части напряжения кратковременно возрастают на средней стадии обработки, а далее плавно снижаются. Это явление можно объяснить тем, что объем пластически деформи-

ТЕХНОЛОГИЯ

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Г 1

г

2500

$ ____

■t 2000

1000 500

Зтп 1 Smart 2 Этап 3 Зшт 4

___ /

/

/

инструмент с коническои формой рабочей части

инструмент с эллипсоидной формой рабочей части

25 50 75

глубина Внедрения инструмента. %

Рис. 5. Диаграмма зависимостей напряжения от глубины внедрения инструмента

руемого металла уменьшается, а угол при вершине инструмента практически не изменяется и близок к 0° (т. е. нормальная сила, действующая на стенки втулки, практически не увеличивается). В то время как при использовании инструмента с конической рабочей частью угол при вершине постоянен, сле-

довательно, нормальная сила продолжает увеличиваться по линейной зависимости.

Таким образом, теоретически доказано, что использование пуансона-сверла с эллипсоидной формой рабочей части позволяет снизить негативное влияние резкого увеличения радиальной силы на формирование узла крепления в зоне выхода рабочей части пуансона-сверла, тем самым обеспечивая качество узла крепления.

Список литературы

1. Золотое О.В. Совершенствование технологии обработки тонкостенных деталей методом пластического сверления: автореф. дис. ... канд. техн. наук. - Барнаул, 2007. - 20 с.

2. Хоменко В.В. Формообразование узлов крепления в тонкостенных деталях методом пластического сверления: автореф. дис. ... канд. техн. наук. - Барнаул, 2004. - 16 с.

Relationship of geometrical parameters of quality tools and manufacturing unit drilling mounting method of plastic

E. Y. Tatarkin, R. A. Anzyryaev

A finite-element analysis of stress-strain states of the mount in plastic drilling tool with a tapered and curved forms of the test section. Reflected the influence of the shape of the working tool on the occurrence of breaks in the plastic drilling.

Key words: geometric parameters of the instrument, the gap, the stress-strain state, plastic drilling, mount.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.