Підвищення ефективності виготовлення тонкостінних різьбових виробів

Размещено на http://www.allbest.ru

ДОНЕЦЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Спеціальність 05.02.08 - Технологія машинобудування

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Підвищення ефективності виготовлення

тонкостінних різьбових виробів

Матвієнко Андрій Васильович

Донецьк - 1999

Дисертація є рукописом.

Робота виконана в Донбаській державній академії будівництва й архітектури на кафедрі автомобілів, підйомно-транспортних, будівельних, дорожніх машин і обладнання Міністерства освіти України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Михайлов Олександр Миколайович, Донецький державний технічний університет, завідувач кафедри технології машинобудування

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Тимофєєв Юрій Вікторович, Харківський державний політехнічний університет, завідувач кафедри технології машинобудування і металорізних верстатів

кандидат технічних наук, доцент Калафатова Людмила Павлівна, Донецький державний технічний університет, доцент кафедри металорізних верстатів і інструментів

Провідна установа: Харківський науково-дослідний інститут технології машинобудування Міністерства промислової політики України, м. Харків

Захист відбудеться “_14_” жовтня_1999 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 11.052.04 при Донецькому державному технічному університеті за адресою: 340000, м. Донецьк, вул. Артема 58, ДонДТУ, 6-й учбовий корпус, ауд. 6202

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Донецького державного технічного університету: 340000, м. Донецьк, вул. Артема 58, 2-й учбовий корпус.

Автореферат розісланий “9” вересня 1999 р.

Учений секретар спеціалізованої

вченої ради, к.т.н., доц. Т.Г. Івченко

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Розвиток сучасного машинобудування нерозривно зв'язаний з освоєнням нових високопродуктивних методів опрацювання металів, до яких відносяться методи, засновані на пластичній деформації, як-от холодне видавлювання. Широке поширення метод холодного видавлювання одержав при виготовленні заготівель накидних гайок, чопів, кришок, ковпачків і ін. деталей циліндричної форми з обмеженою товщиною стінки (< 2-3 мм), що використовуються в електронній, автомобільній й ін. промисловостях. Загальним конструктивним елементом таких виробів є внутрішнє або зовнішнє різьблення, формування якого для даних виробів є складною технологічною задачею. В даний час відсутні ефективні і гнучкі технології виготовлення тонкостінних різьбових виробів і високопродуктивне устаткування, яке спроможне інтенсифікувати і комплексно автоматизувати виробничі процеси виготовлення таких деталей в умовах масового виробництва.

Зв'язок роботи з науковими програмами. Робота виконана відповідно програмі “Високоефективні технології механоскладального виробництва”, розробленої Міністерством науки України і державної теми № Г8-93 (0193U027070) “Розробка методів компонування і проектування високоефективних поточно-просторових технологічних систем безупинної дії для складальних процесів вугільного машинобудування”.

Метою роботи є підвищення ефективності виготовлення тонкостінних різьбових виробів з одночасним формуванням зовнішнього контуру виробу методами холодного видавлювання на основі комплексного технологічного забезпечення якості і продуктивності, використовуючи технологічні системи безупинної дії (ТСБД).

Для досягнення мети вирішувалися такі задачі:

1. Виконати теоретичні й експериментальні дослідження пластичного формоутворення внутрішнього різьблення.

2. Розробити методи аналізу і синтезу структур технологічних процесів виготовлення виробів із різьбленням в умовах автоматизованого проектування.

3. Розробити загальну методику аналізу і синтезу структур і параметрів ТСБД і її елементів для виробництва тонкостінних різьбових виробів, а також загальний алгоритм проектування ТСБД.

4. Дати рекомендації по розробці раціональних конструкцій ТСБД і її елементів. тонкостінний виріб різьблення

На захист винесені такі наукові положення:

- силовий режим процесу видавлювання внутрішнього різьблення на тонкостінному виробі обкатуванням роликами по зовнішній поверхні залежить від геометричних параметрів різьблення, товщини стінки заготівлі, контактного тертя і розміру обтиснення заготівлі роликами, при збільшенні яких підвищується зусилля деформування, а так само характеризується таким напружено-деформованим станом, при якому осьова і тангенціальна деформація заготівлі ринуться до нуля;

- структура технологічного процесу виготовлення тонкостінних різьбових виробів залежить від конструктивних елементів виробів і технологічних методів їх утворення і формується на підставі відображення множини модулів технологічного впливу в множину поверхонь модулів конструкції виробу;

- параметризація технологічної системи для виробництва тонкостінних різьбових виробів здійснюється на підставі її компоновочної структури, що визначається засобом реалізації технологічного впливу і кінематикою взаємодії інструмента з заготівлею.

Наукова новизна роботи полягає в такому:

1. Запропоновано новий метод пластичного формоутворення внутрішнього різьблення з одночасним формуванням зовнішнього контуру деталі обкатуванням роликами з радіальною й осьовою подачею останніх, що реалізується на металорізному устаткуванні і дозволяє підвищити ефективність виробництва за рахунок зниження витрати матеріалу. Аналітично отримане вираження для визначення зусилля пластичного формоутворення різьблення, що використовується для проектування технологічної оснастки.

2. На підставі встановлених закономірностей пластичного формоутворення внутрішнього різьблення з одночасним формуванням зовнішнього контуру деталі розроблені нові схеми пластичного формоутворення зовнішніх і внутрішніх різьблень з одночасним формуванням внутрішнього (зовнішнього) контуру виробу, що реалізуються як на пресовому, так і на металорізному устаткуванні, що сприяє широкому використанню методів холодного видавлювання різьблень у вітчизняному машинобудуванні.

3. На підставі розробленого методу формування структури технологічного процесу виготовлення тонкостінних різьбових виробів, заснованого на уявленні будь-якого виробу модулями конструкції, кожний із який характеризується визначеними типами, видами поверхонь і видами профілів на цих поверхнях, що є уявами визначених модулів технологічних впливів, установлено, що модульний принцип дозволяє сполучити одиничні, типові і групові технологічні рішення, забезпечувати гнучкість при формуванні структури технологічного процесу.

4. На базі математичних моделей, що характеризують структуру і параметри технологічної системи безупинної дії для виробництва тонкостінних різьбових виробів, установлено, що в якості вхідного параметра для проектування технологічної системи є зусилля формоутворення і параметризація системи здійснюється на підставі її компоновочної структури, що визначається засобом реалізації технологічного впливу і кінематикою взаємодії інструмента з заготівлею.

Практична цінність роботи складається в такому:

1. Розроблено методи пластичного формоутворення різьблень на тонкостінному виробі, що можуть бути реалізовані як на пресовому, так і на металорізному устаткуванні, дозволяють використовувати їх у різноманітних виробничих умовах і знижувати витрату матеріалу заготівлі на 50-70%.

2. Розроблено алгоритми проектування технологічних процесів, систем і їхніх елементів для виробництва тонкостінних різьбових виробів, що можуть бути використані при автоматизованому проектуванні.

3. Розроблені методи аналізу і синтезу структур і параметрів технологічного процесу, ТСБД і її елементів забезпечують підвищення продуктивності і рівня автоматизації виробничих процесів виготовлення тонкостінних різьбових виробів.

Реалізація роботи в промисловості. Розроблені методи пластичного формоутворення внутрішнього різьблення на тонкостінних виробах були використані для виготовлення чопів із внутрішнім різьбленням в ВАТ “Макіївський завод шахтної автоматики” і для виготовлення накидних гайок в ВАТ “Горлівський машинобудівний завод”.

Особливий внесок здобувача полягає в проведенні експериментальних досліджень, опрацюванні отриманих результатів, упровадженні результатів роботи в промисловості і розробці компоновочних і структурних схем технологічних систем безупинної дії і її елементів.

Апробація роботи. Основні положення дисертаційної роботи доповідались і обговорювалися на 3-й міжнародної наук.- техн. конф. “Сучасні проблеми машинобудування і технічний прогрес” (м.Донецьк, ДонДТУ: м. Севастополь, 1996 р.), 4-й міжнар. наук.- техн. конф. “Прогресивні технології машинобудування і сучасність” (м. Донецьк, ДонДТУ: м. Севастополь, 1997 р.), 5-й міжнар. наук.- техн. конф. “Машинобудування і техносфера на рубежі ХХI сторіччя” (м. Донецьк, ДонДТУ: м.Севастополь, 1998 р.), 4-й міжнар. наук.- метод. конф. “Критичні технології, автоматизація проектування і виробництва виробів у машинобудуванні” (м. Київ, ІСМО: м. Алушта, 1997 р.).

Публікації. По темі дисертації опубліковано 8 робіт.

Структура й обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається з введення, шести розділів, висновку, переліку використаних джерел із 124 найменувань, 4 додатків і містить 123 сторінки машинописного тексту, 4 таблиці і 43 малюнка.

ЗМІСТ РОБОТИ

У введенні обгрунтована актуальність дисертації, сформульовані мета і задачі досліджень, перераховані основні наукові положення і закономірності, що отримані автором і мають наукову і практичну цінність.

У першому розділі на підставі аналізу відомих робіт І.З. Баса, В.Г. Дейнеко, В.А. Евстратова, В.М. Загурського, В.В. Лапіна, В.М. Меньшакова, В.А. Огороднікова, Э.В. Рижова, Л.Р. Сімонова, Г.В. Сопілкина, Г.П. Урлапова, Ю.Л. Фруміна і ін. показано, що в даний час ефективними методами пластичного формоутворення внутрішніх різьблень на тонкостінних виробах (із товщиною стінки менше двох кроків різьблення) є радіальний обтиск і скорочування в жорсткій матриці, що дозволяють одночасно формувати зовнішній контур деталі і внутрішнього різьблення. У роботах В.А. Евстратова і Г.В. Сопілкина аналітично визначені умови повного заповнення профілю різьблення, обгрунтовані параметри напружено-деформованого стану, що виключає осьовий плин металу заготівлі. За таких умов забезпечується рівномірний плин металу у усі витки різьблення, гарна його мікроструктура, симетричне навантаження кожного витка різьбоутворюючого інструменту і запобігається його поломка. Різьблення, одержуване методами радіального обтиску і скорочуванням, відповідає середній і грубій точності малої і середньої довжини звинчювання, його тривкість у середньому в 2 разу вища, чим у нарізаних.

Проте розроблені технології і конструкції штампів для радіального обтиску і скорочування призначені для виготовлення тонкостінних різьбових виробів в умовах дрібносерійного виробництва і на стандартних універсальних пресах, а в умовах масового виробництва таке рішення не можна вважати оптимальним. Крім того, широке використання основних принципів процесу видавлювання різьблення на тонкостінних виробах у вітчизняному машинобудуванні і підвищення ефективності їх виготовлення можливо тільки на основі комплексної розробки нових технологічних засобів видавлювання і технологічного забезпечення, що ведуть до маловідхідних і безвідхідних технологій.

Таким чином, підвищення ефективності виготовлення тонкостінних різьбових виробів зведено до трьох етапів: 1) дослідження процесу видавлювання внутрішнього різьблення обкатуванням роликами і розробка нових схем видавлювання; 2) розробка методів аналізу і синтезу структури технологічного процесу; 3) розробка методів аналізу і синтезу структури, параметрів і раціональних конструкцій, а також алгоритму проектування ТСБД і її елементів для виробництва тонкостінних різьбових виробів.

В другому розділі виконані теоретичний аналіз і експериментальні дослідження процесу видавлювання внутрішнього різьблення обкатуванням роликами і, на основі їхніх результатів, розроблені нові схеми видавлювання зовнішніх і внутрішніх різьблень на тонкостінних виробах.

При теоретичному аналізі прийняті й обгрунтовані такі допущення: 1) матеріал заготівлі однорідний і не зміцнюється (i = s); 2) у процесі деформації існують площини (перпендикулярні осі деталі) поділу плину металу по западинах різьблення; 3) матеріал ролика абсолютно жорсткий і в процесі обкатування не деформується (i інстр. = 0); 4) об`єм витка різьблення дорівнює об`єму каблучки, що має профіль різьблення; 5) осьова компонента деформації заготівлі в процесі обкатування відсутня (z заг . = 0); 6) температурне поле в об`ємові заготівлі що деформується не змінюється ( t= 0); 7) тангенціальна складової швидкості плину металу в процесі деформування дорівнює нулю ( = 0); 8) осередок деформації обмежений поверхнею контакту ролика з заготівлею і кутом захоплення металу заготівлі роликом.

При видавлюванні різьблення контроль заповнення профілю різьблення металом найбільше точно визначається через завдання необхідного зусилля деформування. Для точної оцінки впливу чинників на процес формозміни при втиснюванні різьблення використовувався енергетичний метод, заснований на рівності потужностей зовнішніх і внутрішніх сил деформування. Для рішення задачі визначене поле швидкостей в осередку деформації. Виходячи з рівняння нерозривності в циліндричній системі координат, отримані вирази для визначення швидкостей плину металу, швидкостей деформації й інтенсивності швидкостей деформації. Визначено потужності зовнішніх і внутрішніх сил деформації і, на підставі співвідношень між ними, визначене зусилля деформування (Р) заготівлі при видавлюванні внутрішнього різьблення обкатуванням роликами:

, (1)

де Rз - зовнішній радіус заготівлі; Rр - радіус ролика; R - одиничне обтиснення заготівлі роликом; Rд - зовнішній радіус деформованої деталі; Rвн - внутрішній радіус заготівлі; rд - радіус різьблення деталі; rро- внутрішній радіус різьбового оправлення; S - крок різьблення; r - поточна координата (змінюється від Rвн до rд); zr -поточна координата на поверхні різьбового оправлення (zr = (r -- rро ) tg /2); - кут профілю різьблення; - коефіцієнт контактного тертя (змінюється від 0.1 до 0.5); s - щирий опір деформуванню; k -кількість витків різьблення; КЗ - коефіцієнт заповнення профілю різьблення, рівний відношенню висоти фактичного профілю різьблення до висоти теоретичного профілю.

Вираження (1) дозволяє визначити повне зусилля видавлювання внутрішнього різьблення обкатуванням роликами в залежності від геометричних параметрів різьблення, ролика, заготівлі, контактного тертя, коефіцієнта заповнення профілю різьблення , розміру одиничного обтиснення.

Експериментальні дослідження процесу видавлювання різьблення проводилися на токарно-гвинторізному верстаті (16К20) із використанням універсальної технологічної оснастки. При дослідженні вимірювали зусилля деформування і було встановлено, що: 1) процес видавлювання різьблення роликами з осьовою подачею складається з двох послідовних стадій: стадія формування площадки контакту ролика з заготівлею і стадія власне видавлювання різьблення; 2) із збільшенням одиничного обтиснення, товщини стінки заготівлі, кроку різьблення, коефіцієнта заповнення профілю різьблення і куту переднього конуса ролика (при осьовій подачі) значно збільшується зусилля деформування; 3) використання в якості мастил дисульфід молібдену, графіту і парафіну дозволяє значно знизити зусилля деформування особливо при видавлюванні різьблення зі значним кроком; 4) эліпсність виробу збільшується з підвищенням одиничного обтиснення заготівлі ; 5) оптимальний кут переднього конуса ролика з погляду сприятливого плину металу в западини різьблення повинний складати 1-2; 6) параметри різьблення виробу відповідають грубій точності (7Н, 7G) малої і середньої довжини звинчювання. Крім того, установлено, що видавлювання різьблення при малих обтисненнях небажано, тому що в цьому випадку погіршується якість її зовнішньої поверхні через перезміцнення (рис. 6). Встановлення максимального розміру обтиснення заготівлі роликами, що не призводить до виникнення тангенціальної деформації, є складною задачею, тому що цей розмір залежить від багатьох чинників. У якості параметра , що узагальнює та характеризує процес обтиснення заготівлі роликами, уведене поняття - “коефіцієнт охоплення” (Ко), що характеризує ступінь охоплення роликами заготівлі і рівний відношенню сумарної довжини контакту роликов із заготівлею до довжини кола заготівлі:

, (2)

де b - довжина контакту ролика з заготівлею; kр - кількість роликов у комплекті.

На підставі експериментальних досліджень установлено, що Ко повинний бути не менше17% з урахуванням максимального розміру обтиснення заготівлі. Якщо Ко< 17%, то необхідно збільшувати кількість роликів у комплекті.

На підставі проведених теоретичних і експериментальних досліджень розроблені нові схеми видавлювання різьблень, що відрізняються засобом, типом і видом технологічного впливу.

У третьому розділі розроблені основні принципи проектування блоків технологічного впливу (БТВ - елементів ТСБД), що використовуються для виробництва тонкостінних різьбових виробів. У основу синтезу БТВ покладено цілком визначене відношення між характером технологічного впливу і видом прямування виконавчих органів БТВ. Математичний вираз структурного синтезу БТВ має такий вид:

S = i x p , (3)

де S - множина конструкцій БТВ; i - множина характерів технологічного впливу; р - множина видів прямувань виконавчих органів БТВ; x - знак декартового твору.

На підставі синтезу БТВ розроблені схеми і матриця синтезу, класифікація БТВ і компоновочні схеми БТВ для видавлювання тонкостінного стаканчика, різьблення радіальним обтиском, скорочуванням і обкатуванням (рис.10 - 13). Встановлено, що конструкція БТВ однозначно визначає функціонування БТВ, а функціонування БТВ не визначає однозначно конструкцію БТВ.

У четвертому розділі на підставі аналізу існуючих методів проектування технологічних систем установлено, що загальну методику конструювання ТСБД неможливо побудувати без аналізу і синтезу структури технологічного процесу виготовлення тонкостінних різьбових виробів.

Розробка структури технологічного процесу здійснювалася на трьох ієрархічних рівнях: підпроцеси, операції, технологічні впливи. Для організації структури за основу узятий модульний принцип, розроблений проф. Базровим Б.М. Визначною особливістю запропонованої форми організації структури технологічного процесу є уявлення будь-якого тонкостінного різьбового виробу у виді модулів конструкції, кожний із який характеризується видами, типами і профілями поверхонь, відношеннями між ними і систематизацією засобів, видів і типів технологічного впливу на поверхні, поданих модулями технологічного впливу. Специфіка розроблених методів видавлювання різьблення полягає в тому, що технологічні впливи утворять групоїд поверхонь. Математична модель структури технологічного процесу на рівні технологічних впливів описується вираженням:

Str тп = (4)

де pi - i-а поверхня модуля конструкції виробу; fj -j-й модуль технологічного впливу, що формує i-у поверхню; , - знаки логічного додавання і множення відповідно.

Структури технологічного процесу на рівні підпроцесів і операцій подані графами виду:

G = (X, L) (5)

і

G* = (Y, I), (6)

де G - граф, що характеризує структуру технологічного процесу на рівні підпроцесів; X - множина підпроцесів технологічного процесу; L - множина відношень між підпроцесами; G* - граф, що характеризує структуру технологічного процесу на рівні операцій; Y - множина операцій технологічного процесу; I - множина відношень між операціями технологічного процесу.

Розроблена методика аналізу і синтезу технологічного процесу виготовлення тонкостінних різьбових виробів дозволяє сполучити індивідуальні, типові і групові технологічні рішення і систематизувати процес проектування технологічного процесу на основі модулів конструкції і модулів технологічного впливу і забезпечити його гнучкість. Крім того, розроблений алгоритм проектування операцій у технологічних процесах дозволяє їх упорядкувати за поданими модулями технологічного впливу.

На підставі виконаних досліджень приведена класифікація технологічних процесів виготовлення тонкостінних різьбових виробів і дані рекомендації по застосуванню їх на ТСБД. Використання принципу концентрації операцій дає можливість виготовляти вироби з різьбленням на одній роторній машині.

Далі в роботі, на підставі розробленої структури технологічного процесу, розроблені методи синтезу і проектування ТСБД для виробництва тонкостінних різьбових виробів. Синтез ТСБД здійснювався в такій послідовності: 1) - синтез структур; 2) - синтез кінематичної структури; 3) - синтез принципово-структурних моделей ТСБД; 4) - синтез компоновочної структури ТСБД.

У основу синтезу структури ТСБД покладено гомоморфне відображення структури технологічного процесу виготовлення тонкостінних різьбових виробів на структуру ТСБД. В зв`язку з тим, що структура технологічного процесу відображає структуру ТСБД тільки в технологічній зоні, то підмножини Y і I множини G* були доповнені. Математичний вираз структури ТСБД має вид:

StrТСБД = [Y*; I*] (7)

Множина Y* має точну верхню (sup) і нижню (inf) грані по тривалості технологічного впливу й елементи множини Y* визначають відповідно два закони композиції: адитивну (рівнобіжне опрацювання) і мультипликативу (послідовне опрацювання). На підставі властивостей композиції (асоциативність, комутативність, дистрибутивність щодо законів композицій) розроблюється структура ТСБД. Застосовуючи закони і тотожністі алгебри логіки, проводиться синтез структури ТСБД.

У основу синтезу кінематичної структури ТСБД призначене цілком упорядковане відношення між елементами ТСБД і засобом їх прямувань. Розроблено універсальну принципову кінематичну схему ТСБД , що дозволяє досліджувати всі можливі варіанти кінематики ТСБД і її елементів.

Математична символьна модель кінематичної структури ТСБД подана в такому виді:

МоvТСБД = Rot(РМ, БТВ, ВО) U Trans(РМ, БТВ, ВО) , (8)

де МоvТСБД - прямування ТСБД в обраній системі координат -xzy ; Rot(РМ, БТВ, ВО) - множина обертань роторної машини, БТВ, виконавчих органів БТВ в обраних системах координат - xozoyo і x1z1y1 відповідно ; Trans(РМ, БТВ, ВО) - множина переміщень роторної машини, БТВ, виконавчих органів БТВ в обраних системах координат - xozoyo і x1z1y1 відповідно .

За основу синтезу принципово-структурних моделей ТСБД прийнятий метод, розроблений проф. Михайловим О.М., заснований на декомпозиції структури ТСБД і кінематичної структури на елементарні структури і прямування, об'єднаних в упорядковані пари і далі в принципово-структурну модель усієї технологічної системи. Математичний вираз синтезу принципово-структурних моделей ТСБД описується вираженням:

(9)

де StrПСМ (ТСБД) - принципово-структурна модель ТСБД; Stri (ТСБД) - i-а структура ТСБД;

Movi (ТСБД) - i-а кінематична структура ТСБД; U - знак об'єднання.

Принципово-структурні моделі дозволяють розглядати структуру ТСБД, її елементів, кінематику прямувань, компонування і розташування всієї технологічної системи.

У основу синтезу компоновочної структури ТСБД для виробництва тонкостінних різьбових виробів покладено метод, розроблений проф. Тернюком М.Э., заснований на декомпозиції сумарної технічної функції ТСБД на елементарні технічні функції, які реалізуються уніфікованими елементарними компоновочними структурами й об'єднані у загальне компонування ТСБД.

Розробка структурної моделі ТСБД є завершальним етапом схемного розгляду технологічної системи для виробництва тонкостінних різьбових виробів. Далі випливає тільки параметризація системи.

У п`ятому розділі розроблена загальна методика параметризації системи. Через високу складність дослідження спільного впливу кожного елемента системи на систему в цілому, доцільно систему спростити й укрупнити, виділити у ній основні функціональні класи. До таких класів можуть бути віднесені системи з зосередженими компонентами, як-от: механічна поступальна система; механічна обертальна система; електрична й електронна система; гідравлічна система; пневматична система. При такій розбивці системи на класи значно спрощується її аналіз і дослідження. Для дослідження поданих класів системи використовувався математичний апарат теорії графів, як-от - полюсних графів, що дозволяють досліджувати систему виходячи з її структури і, реалізовувати основні принципи автоматизованого проектування.

У результаті виконаних досліджень були розроблені параметричні моделі БТВ, роторної машини і роторної лінії. Для математичного опису складу і структури системи (точніше, класу системи) полюсними графами, використовувалися два типи співвідношень:1) полюсні рівняння, що характеризують індивідуальні властивості кожної компоненти класу системи безвідносно до можливих з'єднань з іншими компонентами і 2) рівняння зв'язків, що відбивають характер з'єднання різноманітних компонент у структурі ТСБД безвідносно до їхніх індивідуальних властивостей.

Параметричні моделі БТВ, роторної машини і роторної лінії подані матрицями інциденцій полюсних структурно-функціональних графів, що описують структуру і параметри зазначених систем.

Проведений аналіз надійності і продуктивності ТСБД і її елементів для виробництва тонкостінних різьбових виробів показав, що продуктивність роторно-конвеєрних машин приблизно в 2 разу вища, чим у роторних машин і в 50-60 разів вища, чим у преса. Тому, для досягнення високої продуктивності виготовлення тонкостінних різьбових виробів необхідно застосовувати роторно-конвеєрні машини і лінії, але з урахуванням типу виробництва і кон'юнктури ринку.

На підставі виконаних досліджень розроблений загальний алгоритм проектування ТСБД для виробництва тонкостінних різьбових виробів. Показано, що проектування ТСБД являє собою складну багатокритеріальну задачу синтезу, рішення якої зводиться до пошуку оптимального варіанту за критерієм якості , що узагальнює ТСБД.

У шостому розділі приведені загальні відомості про промислову апробацію виконаних досліджень, що були використані для виробництва тонкостінних чопів (товщина стінки 1.5 мм) із латуні марки Л96 із внутрішнім різьбленням М10х1, накидних гайок (товщина стінки 2 мм) із латуні марки Л62 із внутрішнім різьбленням М22х1.5, накидних гайок (товщина стінки 2 мм) з алюмінію марки АВ із внутрішнім різьбленням М27х1.5. У якості заготівель були використані мірні заготівлі з труби, які були розчинені клиновими роликами і завальцювані під накидну гайку. Таким чином, була реалізована безвідхідна технологія виготовлення тонкостінних різьбових виробів, знижена витрата матеріалу на 50-70%, підвищена тривкість різьблення і її зносостійкість.

ВИСНОВКИ

Розроблено комплекс технологічного забезпечення якості і продуктивності пластичного формоутворення різьблення з застосуванням технологічних систем безупинної дії, що дозволяє підвищити ефективність виготовлення тонкостінних різьбових виробів.

У результаті виконаних досліджень установлене таке:

1. Процес видавлювання внутрішнього різьблення на виробах обкатуванням роликами і якість різьблення забезпечується такою схемою напружено-деформованого стану, при якій осьова і тангенціальна компоненти деформації ринуться до нуля.

2. Основними чинниками, що впливають на процес видавлювання різьблення обкатуванням роликами, є: геометричні параметри різьблення, ролика, товщина стінки заготівлі, розмір контактного тертя між поверхнями різьбоутворючого інструмента і заготівлі, коефіцієнт заповнення профілю різьблення, а також розмір одиничного обтиснення заготівлі роликами. Отримано вираз для визначення зусилля деформування заготівлі, що може бути використаний для проектування силових вузлів технологічних систем.

3. Розроблений метод аналізу і синтезу структур технологічних процесів виготовлення виробів із різьбленням, заснований на модульному принципі, забезпечує гнучкість проектування технологічного процесу і може бути використаний в умовах автоматизованого проектування.

4. Розроблений метод аналізу і синтезу структур і параметрів ТСБД і її елементів для виробництва тонкостінних різьбових виробів, заснований на положеннях теорії множин, полюсних графів і законах і властивостях алгебри логіки, дозволяє в умовах автоматизованого проектування створювати різноманітні їх структурні і параметричні варіанти.

5. Розроблений загальний алгоритм проектування ТСБД для виробництва тонкостінних різьбових виробів, дозволяє реалізувати конкретні конструкції ТСБД і її елементів в умовах автоматизованого проектування.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В ТАКИХ РОБОТАХ

Михайлов А.Н., Сопилкин А.Г., Матвиенко А.В. Оптимальная технология изготовления резьб тонкостенных деталей // Современные проблемы машиностроения и технический прогресс: Тез. докл. межд. науч.-техн. конф. 10-18 сент. 1996 г. Донецк: ДонГТУ, 1996. - С. 161-162.

У джерелі 1 здобувачем розроблено структурні моделі технологічних систем безупинної дії для виробництва тонкостінних різьбових виробів.

Михайлов А.Н., Матвиенко А.В. Новые процессы формообразования резьбовых поверхностей // Критические технологии, автоматизация проектирования и производства изделий в машиностроении: Сб. науч. стат. По материалам 4-й межд. науч.-метод. конф. Киев: ИСМО. Алушта, 1997. - С. 30-36.

У джерелі 2 здобувачем запропоновані кінематична та математичні моделі технологічних систем безупинної дії для виробництва тонкостінних різьбових виробів.

Матвиенко А.В., Михайлов А.Н. Синтез принципиальных кинематических систем роторной компоновки для производства изделий с резьбой // Прогрессивные технологии машиностроения и современность: Сб. трудов 4-й межд. науч.-техн. конф. 9-12 сент 1997 г. Донецк: ДонГТУ -1997. - С. 154-155.

У джерелі 3 здобувачем розроблено нові схеми пластичного формоутворення різь та проведені експериментальні дослідження впливу виду змазок на зусилля видавлювання.

Матвиенко А.В., Сопилкин А.Г., Авдеев В.И. Новые способы формообразования резьбовых поверхностей // Прогрессивные технологии машиностроения и современность: Сб. трудов 4-й межд. науч.-техн. конф. 9-12 сент. 1997 г. Донецк: ДонГТУ, - 1997. - С.155.

У джерелі 4 здобувачем запропоновано шляхи та проблеми використання нових методів пластичного різьбоутворення.

Матвиенко А.В., Михайлов А.Н., Доронин Д.И. Структурирование модульных технологических процессов // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Межд. сб. науч. трудов. Донецк: ДонГТУ, 1998, Вып. 5. - С.106-112.

У джерелі 5 здобувачем запропоновано нове уявлення модульної технології та розроблено математичну модель організації технологічного процесу виготовлення тонкостінних різьбових виробів.

Матвиенко А.В., Михайлов А.Н., Кудрявцев А.А. Повышение эффективности изготовления тонкостенных резьбовых изделий // Прогрессивные технологии и системы машиностроения. Межд. сб. науч. трудов: Спец. выпуск - Материалы 5-й межд. науч.-техн. конф. “Машиностроение и техносфера на рубеже ХХI века”. Т.2 - Донецк: ДонГТУ. Вып.6, 1998 - С.201-203.

У джерелі 6 здобувачем показано шляхи підвищення ефективності виготовлення тонкостінних різьбових виробів, застосовує технологічні системи безупинної дії.

Евстратов В.А., Матвиенко А.В., Михайлов А.Н. Анализ силового режима выдавливания внутренней резьбы на тонкостенном изделии // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Межд. сб. науч. трудов. Донецк: ДонГТУ, 1999, Вып. 7. - С.56 -60.

У джерелі 7 здобувачем виконано розробку математичних моделей для аналізу зусилля видавлювання різі.

АНОТАЦІЯ

Матвієнко А.В. Підвищення ефективності виготовлення тонкостінних різьбових виробів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.08 - технологія машинобудування. - Донецький державний технічний університет, Донецьк, 1999.

Дисертація присвячена питанням підвищення ефективності виготовлення тонкостінних різьбових виробів методами холодного видавлювання на основі комплексного технологічного забезпечення якості та продуктивності, використовуючи технологічні системи безупинної дії. У дисертації розроблена нова технологія видавлювання внутрішнього різьблення на тонкостінному виробі методом обкатування і методи аналізу і синтезу технологічних процесів і технологічних систем безупинної дії для реалізації цієї технології в умовах масового виробництва.

Ключові слова: різьблення, пластична деформація, холодне видавлювання, аналіз, синтез, модульна технологія, технологічна система безупинної дії.

АННОТАЦИЯ

Матвиенко А.В. Повышение эффективности изготовления тонкостенных резьбовых изделий. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.02.08 - технология машиностроения. - Донецкий государственный технический университет, Донецк, 1999.

Диссертация посвящена вопросам повышения эффективности изготовления тонкостенных резьбовых изделий методами холодного выдавливания на основе комплексного технологического обеспечения качества и производительности, используя технологические системы непрерывного действия. В диссертации разработана новая технология выдавливания внутренней резьбы на тонкостенном изделии методом обкатывания и методы анализа и синтеза технологических систем непрерывного действия для реализации этой технологии в условиях массового производства. Установлено, что процесс выдавливания внутренней резьбы на тонкостенных изделиях обкатыванием роликами и качество резьбы обеспечиваются такой схемой напряженно-деформированного состояния, при которой осевая и тангенциальная компоненты деформации стремятся к нулю. Основными факторами, влияющими на процесс выдавливания резьбы, являются: геометрические параметры резьбы, ролика, толщина стенки заготовки, величина контактного трения между поверхностями резьбообразующего инструмента и заготовки, коэффициент заполнения профиля резьбы, а также величина единичного обжатия заготовки. Так на основании экспериментальных исследований установлено: 1) процесс выдавливания резьбы роликами с осевой подачей состоит из двух последовательных стадий: стадия формирования площадки контакта ролика с заготовкой и стадия собственно выдавливания резьбы; 2) с увеличением единичного обжатия, толщины стенки заготовки, шага резьбы, коэффициента заполнения профиля резьбы и угла переднего конуса ролика (при осевой подаче) значительно увеличивается усилие деформирования; 3) использование в качестве смазок дисульфид молибдена, графита и парафина позволяет значительно снизить усилие деформирования особенно при выдавливании резьбы с крупным шагом; 4) эллипсность изделия увеличивается с повышением единичного обжатия заготовки; 5) оптимальный угол переднего конуса ролика с точки зрения благоприятного течения металла во впадины резьбы должен составлять 1-2; 6) параметры резьбы изделия соответствуют грубой точности (7Н, 7G) малой и средней длины свинчивания. Кроме того, установлено, что выдавливание резьбы при малых обжатиях нежелательно, т.к. в этом случае ухудшается качество ее наружной поверхности из-за переупрочнения. Увеличение величины обжатия может приводить к возникновению тангенциальной деформации заготовки и ее огранки. В качестве обобщающего параметра, характеризующего процесс обжатия заготовки роликами, введено понятие - “коэффициент охвата”, который характеризует степень охвата роликами заготовки и равный отношению суммарной длине контакта роликов с заготовкой к длине окружности заготовки. Увеличивая коэффициент охвата, процесс выдавливания резьбы может осуществляться при больших обжатиях, что способствует повышению качества изделия и производительности процесса. Для теоретического анализа процесса пластического формообразования резьбы использовался энергетический метод. Получено выражение для определения усилия деформирования заготовки, которое может быть использовано для проектирования силовых узлов технологических систем.

На основании теоретических и экспериментальных исследований разработаны новые схемы пластического формообразования резьбы на тонкостенных изделиях, которые могут быть реализованы практически на любом технологическом оборудовании.

Повышение производительности процессов изготовления тонкостенных резьбовых изделий возможно только на базе технологических систем непрерывного действия и, на основании анализа существующих методов проектирования технологических систем установлено, что общую методику конструирования ТСНД невозможно построить без анализа и синтеза структуры технологического процесса изготовления тонкостенных резьбовых изделий. Разработанная методика анализа и синтеза технологического процесса изготовления тонкостенных резьбовых изделий позволяет сочетать индивидуальные, типовые и групповые технологические решения и систематизировать процесс проектирования технологического процесса на основе модулей конструкции и модулей технологического воздействия и обеспечить его гибкость. Кроме того, разработанный алгоритм проектирования операций в технологических процессах позволяет их упорядочить по представленным модулям технологического воздействия.

На основании разработанной структуры технологического процесса, разработаны методы синтеза и проектирования технологических систем непрерывного действия для производства тонкостенных резьбовых изделий. Синтез технологических систем непрерывного действия осуществлялся в следующей последовательности: 1) - синтез структур; 2) - синтез кинематической структуры; 3) - синтез принципиально-структурных моделей; 4) - синтез компоновочной структуры.

На основании разработанного метода анализа и синтеза структуры технологических систем непрерывного действия установлено, что параметризация технологической системы для производства тонкостенных резьбовых изделий осуществляется на основании ее компоновочной структуры, которая определяется способом реализации технологического воздействия и кинематикой взаимодействия деформирующего инструмента с заготовкой. В результате выполненных исследований были разработаны параметрические модели технологической системы непрерывного действия и ее элементов, где в качестве входного параметра выступает усилие деформирования заготовки.

Основные результаты работы были использованы в промышленности для изготовления деталей с внутренней резьбой.

Ключевые слова: резьба, пластическая деформация, холодное выдавливание, анализ,синтез, модульная технология, технологическая система непрерывного действия.

ABSTRACT

A.V.Matveyenko. The increase of effectiveness of thin-walled threads articles making. - Manuscript.

Candidate of Technical Sciences dissertation on specialty 05.02.08 - technology of mechanical engineering. - Donetsk State Technical University, 1999.

The dissertation is devoted to question of the increase of effectiveness of thin-walled articles by the methods of cold pressing out on the basis of all-embracing technological supply of quality and productivity, using technological systems of continuo's action. In the dissertation there was worked out a new technology of pressing out of inner thread on thin-walled articles by the methods of rolling and methods of analysis and syntheses of technological processes and technological systems of continuous action for implementation of this technology in the conditions of mass production.

Key words: thread, plastic deformation, cold pressing out, analysis, synthesis, technology of modulus, technological system of continuous action.

Размещено на Allbest.ru

...