автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Инструменты для образования на толстостенных трубах рельефа сферических лунок, реализующего теплофизические эффекты

о 1 *' \:'\ и;-0

КОМИТЕТ ПО НАУКЕ , ВЫСПЕЙ ШКОЛЕ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКЕ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫ! ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ( СТАНКИН |

На правах рукописи

УДК 621.787.07.001.2(681.3.066

(043.3)

КОСТЯЕВ ВЛАДИМИР ИВАНОВИЧ

ИНСТРУМЕНТЫ ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ НА ТОЛСТОСТЕННЫХ ТРУБАХ РЕЛЬЕФА СФЕРИЧЕСКИХ ЛУНОК , РЕАЛИЗУЮЩЕГО ТЕПЛОФИЭИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ

Специальность 05,03.01 - Процессы механической и физико технической обработки , станки и инструмент

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических' Наух

МОСКВА - 1991

Равота выполнена в Московском ' государственном технологическом университете ( СТАВКИН )

Научный руководитель - доктор технических наук ,

профессор Кирсанов Г.Н.

Научный консультант - кандидат технических наук , по физическим )

эодектам с.и.с. Чувкин Ю.В.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор, лауреат Государственной претя СССР Верешака A.C.

- кандидат технических наук, Жарчекков Ю.В.

Ведущее предприятие - Московский инструментальный аавод (НИЗ)

Запита состоится "моия 1993 г. в ^5 часов ' ^минут иа васеданяи специализированного Совета 063.42.05 в Московском Технологической Университете ( СТАВКИН ) по адресу! 101472, Москва, JC-55, Вадховский пер., дом За.

С диссертацией можно ознакомиться в вивлиотеке Московского Технологического Университета ( СТАВКИН ).

' Ваш отвыв на данную равоту , заверенный печатью , просим направлять по указанному адресу.

Автореферат рая ос лак *С7*~ " мая 1993 г.

Ученый секретарь специализированного Совета, к.*.*., дои.

К).П. Поляков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность таны. Развитие энергетики, в тон числа м ядарной, характеризуется постоянна* ростом талло- и еиергонапряхениости н травует а свяви с *га) гарантированное Безопасности ревоты энвргоагрвгато», а первую очередь, аа счет снижения температур енергоовменных поверхностей; что осоаанно аажно для активных зон ядерные энергетических установок.

В 1978 г. в института атомной энергии им. И.В.Курчатова (ИАЭ) обнаружен новый класс самоорганизующихся струйных течений гааоа и жидкостей/ овладевших способностью значительной интенсификации тепло- и массоовмена (ИТНО) на поверхностях вогнутостей . Значение физического »доекта не исчерпывается его испольаованкем в ядерных энергетических установках. Полезный метод КТКО является основой создания левого поколения теплоовменного сворудованяя I паровых и вадогрвйкъос котлов,газотурвкккых агрегатов к дикгаталоц различного назначения, парогенераторов к других амерготехиичесхих устьиозок с уменьшенной металлоемхостыо а поашганиой фуикцкеявяьной адаптивностью .

Практическая реализация отхрмтого эффекта озусловила появление целой гаммы деталей таплоовиенкоЯ аппаратур» со специфичном, неординарно оформлением поверхностями. Одними зэ таких деталей являются трупы с рельефом з форма сферических лунок, расположэигак по эннтозгм /гинк/э».

Принципиальная аоэкоявдосдаь получения такого рода поверхностей , качество их изготовления, сэайстаа овревотгнн^го поверхностного слоя, а также технико-екскоиичесхче показатели процесса эвравотхи (проиэводпточьностъ, севестониость м др.) в первую эчередь зависят от используемого инструмента.

Оврввотка рассматриваемого рельефа иоасет производиться >аэличньни методами .Наиволее эдоективньм технологическим п^к.-игм

-к-

овравотки рельефе ■ форме сферических лунок является формоовразованнв деталей холодим* пластическим дефориировшеи.

Используемые поверхности деталей теплоовмена принципиально отличны о* тех, для овравотхи которых имевшее« иахатныа икстру-иеитм получали широкое распространение. Оригинальность деталей, выраженная в периодической повторяемости расположенного м них рельефа, и специфичность их геометрического оформления, отсутствие кахой - лкво теории к соответствующих методик по проектирование инструмента характеризуют новизну настоящих исследовании. А поэтому разравотха и исследование накатных инструментов для изготовления указанных поверхностей отхрьвает принципиально новое направление в использовании этих инструментов.

В сжХзи с этим разравотха и исследование метода fopnetpa-аованяя данного класса поверхностей и синтез инструмента для его реализация« овладаювдего вольвиня технологическими возможностями и вмзохой производительностью, является актуальной задачей.

Синтезируемая технологическая пара мою* виг» основой технологического процесса, реализуемого на различаем опору дованки: специальных прокатных станах, универсальных металлооиравалжааамх станхах и др. Вывор вида оворудовання зависит от характера производства.

Состояние вопроса внедрения предложенного эффекта на данной ' этапе (требующего проведения вольвого числа экспериментальных проверок) обусловливает мелкосерийна« кногонопенкпатуряок характер производства деталей теплоовмена. Этот фактор делает инструментальную проблематику применительно х станкам осцетехнологичес-кого назначения еще колее актуальной.

Равота выполнена в соответствии с прогретой ИТМОСПД (интенсификация тепло-иассоовмена смерчевжи процессами и аппаратами) , утвержденной постановлением ГКНТ СССР N 774 от 16.05.

91 г., а также в соответствии с планами НИР СТАНКИНа.

Цель равотм- создание методических основ проектирования накатных инструментов, используемых на станках овщетехиологичесхого назначения, для формообразования на наружных поверхностях трув рельефа в виде сферичесхнх лунох , реализующего теплофиэические эффекты.

Методы исследований. Достижение поставленной цели осуществляется комплексньк решением задач на основе применения современных методологических средств! кинематической теории формооврааования сопряженных поверхностей и проектирования инструментов , математической теории планирования эксперимента„ а тахже экспериментальны-!« исследованиями и кокпьктарнжи экспериментами.

Научная и о в и э я а равоты состсгит в установленных внутренних функциональных связях мэялу геомвтризй и хккгматикой «г.ориосЕраэоЕания рольвфа а вкда с<^эрнческия лукак а станочной пара "инструмент-летль" яри yc.tosiiit ечсаутствмя азсткой кинематической связи между ее 6лвн»нтаии для упраялчнкя :;а их основе точностью и плотностью иакатьааемогс

Практическая значимость, Устаяоалгнигга зависимости и предлагав:!*» рекомендации являются методячослсй основой для создания аысокопроазвсдитэльного в теччого метода и инструмента для осравотки деталей теплоосмгнно:*! аппаратуры.

Реализации j 4 з о т а. Реэулыдгм es кспол.%-эоааны при раэравотх* к ан^двенкм s прошяодстзо конструкций накатньс. инструментов для овравотим аилинсричесг.ик-поверхностей теплообмена коълоагрегатоэ ка двух. предприятиях различных министерств (СКТВ *Таатал", г. У^а? ПО "Белгородский вавод энергетического машиностроения" , г. Белгород).

Апровация р а в о т м. Основные положения и

наИБОлее важные разделы диссертационной равоты доложены Hat

- региональной конференции "Инструментальное оваспечение автоматизированных производств систем механоовраБОТХи" (Иркутск,ИДНТ,1990 г.);

межотраслевом семинаре "Поверхностно слой, точность и эксплуатационные свойства деталей машин" (Москва, КДНТП, 1991 г.);

- научно-техническом семинаре "Провлеьы эксплуатации инструмента в металлоовраватываюцей промьааленностк" (Москва, ЦРДЗ, 1992 г.)}

- международной технологической конференции "АМТЕХ - 93" (Болгария, г. Русе , 1993 г.)>

- научно-методических заседаниях кафедры "Инструментальные системы автоматизированных производств" Московского государственного технологического университета (СТАНКИН), 1989-1993 гг.

Пувлихации.' Do материалам диссертации опувлико-вано б печатных раъот , получено положительное решение на выдачу патента.

Структура и овьем равоты. Диссертация состоит из введения, вести глав и заключения, изложенных на 2/ 5~ странице машинописного текста. Диссертация содержит рисунка, 12 тавлиц, список литературы из 105 наименований и приложений (оецилограмиы, программы, акты внедрения результатов работы, рабочие чертежи инструментов).

В равоте приняты осозначения : И - инструмент, Л - деталь, 3

- заготовка , П - поверхность , ПД - поврхность детали , X - характеристика , ДЭ - деформирующий элемент , ИП - исходная инструментальная поверхность , МОД - мгновенное относительное движение .

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы и цель равоты, излагаются основное научные положения, составляюкие

предмет защиты, показана направленность равоты, ее овьем и структура.

9 первой главе рассмотрены особенности геометрического оформления поверхностей теплоовмена« Тепло-овмениая поверхность выполнена с углублениями криволинейного профиля. С целью повыпвния эффективности теплоотдачи путем самоорганизации вихравнх структур углувления располагаются в шахматном порядке с равнгмк продольными и поперечники елгамм к выполнены в виде части Сферы. Плотность расположения этих лунок должна выть максимально возможной.

Анализ имеющихся в отечественной литература материалов похаэал, что в настоящая время оврояотха цилиндрических поверхностей для получения рэльефа в форме сферических лунок производится следующими спосовами J фасонные фрезерованием, электро-хнмичеекой овравотхой, овъекшт формованием и поперечно-винтовой прокаткой.

В результате анализа установлено, что оффектнанж технологическим приемом овравотпи такого рода поверхностей является формоовразование деталей холодный пластическим дафоркяроэаиием.

Весьма перспективны*« , осопвнно для оерасотки д/гинномзрмих трув, являются схемы овравотки , основании« на яроетык киненати-часхих связях. К ним относятся схемы накатизания различного рада фасонных поверхностей инструментами а условиях отсутствия жесткой кинематической связи между И и Э. Исследования этих схем, ирозеденныо различии» авторами ( Султановым U.K., Артюхикь« П.Я., Заснльчиховым М.В. и др.) показали, что всем процессом накатывания фасонных поверхностей характерно явление нарушения законов 1равильного деления 3. Однако полученные ими закономерности гел.ля распространить на овласть поведения исследуемой 'ехнологическон пары в силу принципиально отличного характера Браватываемых ПД , обусловливающего специфичность контакта ИП и

ПД. Это вызывает неовходимость постановки в качестве актуальной задачи установления внутренних связей взаимодействия элементов технологической пары "И-Э" и моделирования хинематнкн процесса своводного деления 3.

Одним ив видов производящих (инструментальных) ИП, овеспечивакших получение на детали рельефа в форме сферических лунок , может выть принята сфера. Такие инструменты принято называть шариковычи. Анализ равот Коновалова Е.Г., Враславского В.К., Папвева Д. Д., Онейдера Ю.Г. и др. показал , что вариковыв инструменты используются ливо с целью упрочняющей овравотки деталей маним , ливо для получения декоративного рельефа иа различных изделиях вытового назначения, к точности формы которого не предъявляются повышенные тревоваиия.Шариковые инструменты имеют ряд осовенностейI отсутствие принудительной оси вращения вара , самоустанавливаемость шара относительно овраватываемой поверхности и другие. Вар, как деформирующий елеиант, в процессе равоты находится в сложных кинематических, динамических, температурных условиях. Комплексного изучения различного рода факторов, влияющих иа поведение производящего элемента в виде вара для овравотки рельефа сферических лунок ранее ив проводилось. Знание же характера движения тел качения м умение управлять его параметрами являются основньии при создании париковых инструментов.

Яа основе анализа литературных данных и опыта экспериментального получения рельефа в форме сферических лунок, критического анализа имеющихся методов и инструментов для их овравотки сформулированы цель и задачи настоящих исследований.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные, задачи:

1. Установить геометро-кинематические, кинетостатические, тривологические закономерности формообразования рельефа накатньи

мнструментом.

2. Синтесировать математическую модель формоовразования рельефа на основе вскрыть« внутренних функциональных связей между элементами технологической пары * инструмент-деталь".

3. Оптимизировать конструктивные параметры инструмента по критерию точности.

4. Изучить процесс скольжение контакткруеацих поверхностей.

5. Исследовать влияние конструктивных параметров на стойкость инструмента.

Вторая глава посякглне, зквору кинематической схены оиравотки я овосиоваякю кскодной инструментальной позорхиости при условии явсткой кинематической связи квиду элементам» твхнологичесхой пари 'инструмент-деталь

¡3 соответствии с поставлянкмм эадачамм проиедян аяалил различных с хан овраьотхм. Сделан вгаод о той, что а целяг: поамигмпя пронэаодитвльяостй овраяогкй ск«;т03 технологической кяргд "Й-Д* ивсвходика прокзьодмтъ с учетом соог.сггэиия с.с зрвмалк "трлиспортного" дзижгнкя эвготозки (движения м дглвнкя м дзлзашня подача) с ос ио а HS.fi профилирующим цля «^оу^оовразуизга« движением. Это оаусловливасг принятие в хачвстпэ НО/1 янструмантл я паготзэк» зингоаого движения. Б соответствяи с этим оси 15 я з вкрэддо&ятея пой хсиплехснги углом { Л е 2у,1. а !£ я 3 враамотся вокруг сээ*ж ос эй с углоагэчи скорасттг.- Д, , ксзорыз находятся сгзоЯ

э определенной сакэп, Т1Кея хнпзиатмчесхая особенно

эффектязнг, для осрахстхи д«яномври1гс 3, «юэтсму ока вслсизне б основу овосноыаник ИП.

При принятой сйеиг <^срмоовразоаонкя при арацвнаи Д иохруг саоей оси постоянно меняется в простраястве положение ЯД относительна полюсных осей профилирования. Поскольку 55 - это ортогональная проекция полюсной оск профилирования на ПД , то ото овусло-

-<о -

вливает в овщем случав непостоянство X искомой ИП и ПД, деформируемой во времени по закону угла поворота Д.

Аналитически ИП описывается в следующей форме!

ХЛ«-«»^-?) * го - о*,]-"*Ц-ч ш^-у)* т-ы^-^^рфн^ ¿Гм' [- -- т- - сезХр* ^

где - угол поворота И; "•р - характеристический угол; р4 параметр винтовой линии расположения центров формируемых лунок; £ - межосевой угол между И и 3; ововщеиные координаты ПД.

Переменность образующей ИП обусловливает ее нерегулярную форму( т.е. не допускающую перемещения "самой по севе"). Инструменты, проектируемые на основе таких ИП , являются нетехнологич-ншм. Их трудно, а иногда и невозможно изготовить, вследствие чего оию являются непригодны«! для использования.

С помощью метода лучевого хомплекса, предложенного проф. Кирсанов»« Г.Н., доказано, что при определенном назначении размеров аксоидов овравотки контакт ИП к ПД может оказаться поверхностном. Это овусловливает формоовразование сопряженных поверхностей по методу копирования. Выполненные в этом отношении исследования явились методическим овосноэаииек вывора в качестве ИП сравнительно простой поверхности - сферической , а ДЭ - в виде шарика.

Ва основе применения аппарата круговой диаграммы разраво-тана методика по определенно положения полюсных осей и проведен численный эксперимент по оптимизации параметров установки инструмента относительно заготовки из условия реализации метода копирования при формообразовании. Суть методики заключается в том, что соответствующим подвором числа заходов инструмента г (назначением передаточного числа) и диаметра его начального цилиндра ось относительного движения И и 3 располагается в зоне

непосредственного взаимодействия элементов технологической пары , что овеспечивает правильное формоовраэование поверхности рельэфа. Расстояние от оси Д до оси относительного движения определяется следуюяим образом!

Реализация найденных соотношений позможна только в условиях постоянства передаточного числа станочной пары, т.а, жесткой хинематической связи между еа элементами. Это приводит к наовходимости создания привода хак к И, так и к 3, что усложняет кинематическую схему и конструкцию овраватываведего опору давания.

С целью поисковой оптимизации схим овразотки на их структурном уровне и этим сами? конструктивного упровонил применяемого оворудования , выполнена изыскательские равоты в направлении возможности отказа от некоторых зкепинх связей пары "И-3" за счет реализация их внутренними связями, озеспечиБагезкмк привод одного из элементов станочной пары другим■

В третьей глава рассмотрены вопросы форноовра-эоаання рельефа на цилиндрических поверхностях в условиях отсутствия жесткой хинематической связи между И и 3.

Выполненный анализ гаомятро-хинематмчесхого процесса

взаимодействия элементов технологической лари "Й - Д' показал , что взаимодействие элементов исследуемой станочной- пары характеризуется тремя разамиI допслюсной, полюсной и эопрлюсной, в toïopiœ реализуются соответственно заворная, каливрутаая фуккцик к JBS введенная так называемая "посткаливрукщая* функция.

Иитегральним критерием, определяицкм поведение процесса мзрмооБразованнг: рассматриваемого рельефа, является передаточное 1исло, которое во время цикла формирования одной лунки непрерывно вменяется ■

-м ■

Полученные аналитические зависимости и проведенные эксперименты по |{>ормоовраэованию позволили установить закономерности изменения внутрициклового передаточного числа "и". Причем при дополюсном и эаполюсном взаимодействии эти закономерности различны. Это объясняется различными факторами и причинами , установленньии в данной равоте . Контакт ДЭ с деформируемой поверхностью Д из поверхностного в дополюсной фазе переходит в кромочный при эаполюсиой фазе. Это является одной из причин несоответствия окружного шага нажду ДЭ инструмента на начальном диаметре окружному шагу между лунками на Д.

Исследования закона изменения передаточного числа показали, что при повороте И на угол дополюсного перекрытия средняя величина передаточного числа меньше величины теоретического передаточного числа, принимаемого в качестве исходного параметра при проектировании И.При повороте инструмента на угол заполюсного перекрытия средняя величина передаточного числа - превышает теоретическое передаточное число .

Установленная закономерность изменения передаточного числа пары для И с различмми угловьми шагами в виде графиков

представлена на рис. 1.

Методами кинетостатики определен угол поворота И, при котором происходит ее захват заготовхой :

■ - «esin i^gfr •

WO \Ы>Д/

û*, - межосевое расстояние между И и 3;

t„ - радиус ДЭ;

г^ - радиус начальной окружности И;

toi - наружный радиус 3. Расчет угловых положений И проводчтея на основе установленных зависимостей методом итераций с помощью программы для ПК

Разравотанная методика позволяет определить угловой шаг инструмента, при котором средняя величина передаточного числа равна величине его, принимаемой на этапе проектирования .

Применение найденных закономерностей изменения передаточного числа . при отсутствии в технологической паре "И-Д" жесткой кинематической связи позволяет регулировать передаточное число путем изменения окружного шага инструмента при неизменных делительных диаметрах И к в. и межцентровом расстоянии а . Это позволяет дать практические рекомендации для вывора конструктивных и кинематических параметров И, овеспечивеющих получение тревуемого межциклового "и"» В связи с обнаруженной спецификой изменения внутрициклового "и" поставлен вопрос о возможности использования Факта вариабельности внутрициклового передаточного числа для введения и реализации новой служенной функции оераватывающего инструмента - так называемого "постхоливрования" . Это связано с неовходимостыо получения переходной поверхности ме»ду Сформированной поверхностью лукхн н цилиндрической поверхностью детали. Ери накатке инструментом с шариками , выполняющими роль деформирующих элементов и имеющими возможность вращаться вокруг своек оси, завальцовка половины длины периферии лунки происходит во время накатки ваз соовщзния инструменту какого-ливо дополнительного дг'жения на И ( эа счет именно отсутствия жесткой кинематической связи между Н а 3). Передаточное число пары прк дополюсном взаимодействии меньше теоретического , прк заполюскок вольив, Несоотиетствис передаточного числа нь разных участкаг. взаимодействия ведет с схалгженхю или качению ДЭ инструмент» по поверхности заготовки с одновременные внедрением его с материал Е. Этот фактор , а такяда мгновенный пространственный контакт ИП ;; ПД, слосовствуот образование переходкоЁ поверхности от сферической поверхности лумкк к цилиндрической поверхмос'/н Д.

lb -

Разработана математическая модель вариации передаточного

числа. С помощью ее иа основе компьютерного эксперимента

исследованы варианты однопаркого и многопарного взаимодействия

элементов технологической пары. Для случая многопарного

взаимодействия определена взаимосвязь, расхрывающая влияние

окружного шага инструмента на характер изменения передаточного

числа пары. По результатам исследований установлено , что

превалирующее влияние иа величину межциклового передаточного числа

оказывают параметры г "С» - угловой шаг расположения ДЭ на

инструменте, 7_Wo- радиус начальной окружности инструмента, "Lai -

наружный радиус заготовки, - радиус ДЭ, h„ - гЛунина лунки.

Корреляционные связи между указанньсш параметрами для однопарного

и многопарного взаимодействия соответственно имеют вид: ____ 0.964, -о,«и -ни -a, as

и - 0,951 * * * гJ * h„

„ oo/S ton -alüí -с,<06 -O.OH

u - 0,553 * <e0 « r*e* * * rj « h„' С целью определения адекватности полученных математических моделей реальному процессу проведены натурные экспериментальные исследования. Средняя величина относительной погрешности между теоретическим и фактическим передаточньи числом составляет 6,2 % , что подтверждает достаточно высокую степень адекватности.

Четвертая глава посвящена исследованию некоторых вопросов кинетостатики с учетом требований основных положений тривологии, т.е. исследовании влияния качения и скольжения между контактирующими элементами пары на передаточное число и формируемый рельеф изделия. Проанализированы условия захвата инструмента заготовкой путем оценки величины качения ДЭ по деформируемой поверхности Э с учетом сопротивления качение материала 3. Для определения момента сопротивления , учитывающего изменение площади контакта , контактных давлений, использованы • установленные зависимости : Mt - ^ S ffi*} ,

-ib-

ш- ДО• УЛШ^ízj^t - O^il,

где Q - величина радиальной нагрузки} Г - площадь контакта ДЭ с деформируемой поверхностью Э; х« / J^/^/b,, - параметр» И и Д.

Проведенные на основе этих зависимостей численнли эксперименты позволили установить, что угол захвата, определенный ранее кинетостатичесхими методами, равен углу захвата , установленному с помощью положений трибологии. Это подтверждает правильность проведенных выае кинетостатических исследований.

В условиях отсутствия жесткой кинематической связи , когда

передача крутящего момента от заготовки х инструменту происходит

за счет сил трения и реакций , возникающих со стороны

деформируемой поверхности, важную роль играет схоль«ение между

взаимодействующими поверхностями. Ыа основе анализа контактного

предварительного смешения, вызванного перераспределением площади

касания деформируемой поверхности заготовки а деформирующие

элементом инструмента ь момент сдвига , получена ьааисямость; ib'« __ V .

L

где глувнка внедрения ДЭ s материал 3 в дополюсиои фазе прк

повороте Н на угол захвата) глуянна внедрения ДЭ в материал 3

s ксланэ выхода его из взаимодействия со сформированной лункой.

Эта зависимость позволяет оценить влияние данного фактора кг хиненатичаскпе парамвтри процесса нахаткк релье<}>ь ш форме, сферически» лукок«

Чисдеынш екслерхменты.. прсасде1'.чыо на основе использсван*^ установленных аависимостай, характеризую®»* скольжениг контак-тируюотчк поверхносфеё технологической пары "Н-3" в процессе наеатхи, показали, что величкне предварительного скес^нкк нь угловой ваг составляет (О,GIS - C,D2) №».

В г !. t t рассмотрены вопросы, связанные с

анализе« влияния кинематике ДЭ на снижение просхальзывания кон-

тактируюших поверхностей м с обоснованием формы ложемента под ДЭ на условий повышения стойкости проектируемых И.

Условия эксплуатации рассматриваемых инструментов

характеризуются влиянием на них вольного числа факторов. Среди них следует отметить следующие. В пределах пятна контакта производящего элемента с заготовкой , площадь которого непрерывно меняется в процессе взаимодействия его с материалом заготовки, вследствие действующих сил деформации на материал вознихают вольшие хонтактные напряжения. Из-за наличия относительного схольжения поверхностей имеет место повышенное трение, которое приводит к износу деформирующих элементов и опорных поверхностей елементов, температурньн деформациям. Со стороны опорнЬх поверхностей элементов конструкции инструмента возникают силы реакции, которые также в случае нерационального оформления поверхностей и неоптимального назначения кинематических условий их взаимодействия приводят х повыпенньи контактньи напряжениям и силам трения на контактирующих поверхностях.

Лабораторные исследования показали, что наиболее славьи эвеном в конструкции, обусловливающим выход инструмента из строя, является производящий элемент. Основная причина потери равото-спосовности инструментов - износ и контактное разрушение шаров. Определены главные пути повыоения равотоспосовности рассматриваемых инструментов :

1) создание кинематических условий максимального снижения проскальзывания контактирующих поверхностей;

2) выбор формы ложемента , обеспечивающей снижение контактных напряжений и технологичность в изготовлении.

В этой связи получена зависимость, показывающая "чистоту"

качения шарика : X " -г- . Исследования данной

1 -

зависимости показали, что наиволее благоприятные условия для

"чистого" хачения возникают при увеличении диаметра инструмента. Угол контакта( между осью И и плоскостью контакта ДЭ с поверхностью ложемента ) не оказывает существенного влияния на исследуемый параметр .

В равоте проведены исследования контактных напряжений , возникающих в материале ДЭ, в зависимости от различных схем хасания ДЭ с опорное поверхностью инструмента. Условия нагружения определены в соответствии с ранее ироводениьии экспериментальными исследованиями. Варьируемые параметры ложемента и инструмента назначены исходя из размеров экспериментальных овраэцов инструментов. Анализ полученных результатов показал, что наиболее целесообразной формой ложемента из всех исследованных является ханаловая поверхность. В овщем случае с целью избежания контактных

1

разрушений ДЭ при величине радиальной нагрузки до одной тонны между радиусом деформирующего элемента гш и радиусом какаловои поверхности ложемента г„ должно выполнятся соотношение I ги < 1,17 гк .

Шестая глава посвящена вопросам применения установленных закономерностей для решения конхретиьа производственных задач - создания эффективных конструкций инструментов для формирования на деталях теплообмена рельефа в форме сферических лунок.

Раэравотакные рекомендации по вывору углового шага инструмента , назначению диаметра его начальной окружности, параметрам установки И относительно 3, принятию рациональной формы ложемента являются основой предложенных методик проектирования инструментов, обеспечивающих максимально плотное расположение формируемого рельефа при получении радиусного перехода от сферических поверхностей луккок к цилиндрической поверхности Д в соответствии с принятой простой кинематической схемой обработки.

Реализованные на вазе полученных рекомендаций конструкции инструментов к накаткой головки (рис. 2) позволяют получать правильный регулярный рельеф с плотностью овлунения (50-60) * при теоретически максимально возможной плотности 7В%. Точность наносимого рельефа по угловому шагу расположения лунок составляет 0,15 мм , что удовлетворяет техническим тревованиям, предъявляемы* к точности изготовления деталей теплоовпена.

Результаты рапоты использованы при разработке и внедрении на предприятиях конструкций накатных инструментов для овравотхи цилиндрических поверхностей теплоонмена котлоагрегатов. Ра эравотки внедрены на двух предприятиях различных министерств (СКТБ "Тантал", г. Уфа ; ПО "Белгородский завод энергетического машиностроения").

Согласно произведенной экономической оценхе работы внедрение ее результатов дает t повьшение качества и производительности изготовления деталей теплоовмена по сравнению с методами ЭХО-овра-вотки и овьемного формования в 3-5 раз, увеличение стойкости шариковых накатных инструментов в 1,5-2 раза, снижение затрат времени на их проектирование и исследование в 8-10 раз.

эл;люченив И основные выводы.

Анализ равот по формированию рельефа сферических лунок показал полное отсутствие научных раэравоток по проектированию инструментов для овравотхи подобного рода поверхностей, что обусловило актуальность проведенных исследований. В результате исследований разравотан комплекс методических рекомендаций, позволивших создать га?*му накатных инструментов с производящими элементами п <1>срме шариков, ОБоспечивакятх плотность наносимого рельефа (50-60)% и томность расположения его элементов , соответствукхцую предьнвляемьм к деталям теплоокм^на тренованиям.

Рис. 2 Схема пдапетаряов накатное головки

-и-

1. Не основе вскрытых функциональных связей между кояструхтвв-ижх параметрами И, fopnfl производящих поверхностей, геометрией расположения рельефа ва Д для cruweoi пары "И-3" о жесткой кинематической связью ■ мповж МОД ее э лимитов создам иоле ль оптимизация параметров установка Я, позволявшая м raí расположения полюсной оси профилирования в овласти ва&япо действия прожэ— водяавос »лсичщ'о» К ■ 3 синтезировать Н ва основе припой Ю. Чвс-леняые акспсрииеити оомнп, что врв пмяося «мувши (U-10)t овласть углов скреввоаввя осей Я в Д составляет (50-60) градюов,

2. Ьвмтетмиаспй аваля* ракли пари похази, что • условиях многопарного вэажодвйстввя ее »леиеятов вамвмм передаточного чвела в спои определяется поочередно двуия аакоаоиервостши, прзгии пр> доподишш в н bibb цуш 'жшшя дирцции вое число яеныва тещни'ншпго, оря ааяиесии — вояьяа. ffr111 т3 отсчета перядатичтиги чвсла служат мжо* ]гглжм ни» .в ibi входячвго в равоту дауцвн^нвго элвяввтш в дхзоолвсвой зове павпмйспм , сра ютсрсм ршаоопстцпм свл ргяитгшй вропющвт через ось

3.

»3

йшкрвкля вказаа, что вссяелуом яр« взавмодеяствяя ее моепвв дям-Т три фжзв > в эаволюснув», в аячри i»jrm..B еоояоампо

калявружвдя я введенная 'явсявмиздмм* здялдвв ввг цщяят. Реалпата посдпэкй позволяет подумав треяуетие оерехокаеее поверхности от сфервчесжкх лунок х вв«яиидж<««"жоД ишвщивик ■■ детали веэ сшкком ввструиекту яяоатедвого /прчгт"•

4. Раэравогаввая гесипрт - опеяшгаеспа извел» ввцвшввв передаточного тесла техвоолтоспш пари 'eantagi hibi ищ|» ш — деталь с рельефах в форте cfepanecnx севок " в ycgцдавлж

'1t-

отсутствия жесткой кинематической связи между ее элементами позволяет проектировать накатные инструмента) , оваспечиваюяие точность получения рельефа по угловеиу шагу до 0,15 мм и плотность оЕлунеиия (50-60)% .

5. ■ Корреляционный анализ показал, что превалируйте влияние иа характер изменения передаточного числа оказывают угловой ваг расположения производящих адамантов иа инструмента, величина начального диаметра инструмента к наружного днаметра заготовки.

6. Установлены функциональны* аависимости между углом вахвата инструмента заготовкой , силовьни параметрами процесса накатка и физико-механическими свойствами накатываемого материала путем оценки величины качения деформирующего елеманта по деформируемой поверхности ааготовкк.

7. Численные эксперименты ,проведенные по установлении« аавнснкостям« характеризующим скольжение контактирующих поверхностей технологической пары "инструмент - заготовка" а процессе накатки, показали, что величина предварительного смещения иа угловой ваг составляет <0,015-0,02)мм.

£ о Исследования выявленной в рав'ота зависимости "чистоты* качания ДЭ показали, что нанволее влагоприятнна условия для чистого качения возникают при увеличении диаметра инструмента.

9. Установлено, что накволев приемлемой формой ложемента под ДЭ из условия ее технологичности в изготовлении и повымния стойхостк Н является ханаловая поверхность . Причем между радиусом деформирующего элемента сш и радиусом sv ложемента долзко совлвдаться соогыоеониа t rw < 1,17•.

Материалы диссертации Изложены в следующих равотах t

1. Кирсанов Г.В., Ласточкин С.С., Косгяез В.И. Ресурсосвера-гающие инструменты для точной овравоткн нетрадиционных деталей.

// Инструментальное обеспечение автоматизированных систем меха-ноовравотки I Тез. дохл, регион, конф. 8-11 октября 1990 г. -Иркутск I ИДНТ , 1990. - С, 54-55.

2. Кирсанов Г.П., Ласточкин С.С., Костяев В.И. Новый овкат-ной инструмент для нанесения фасонного рельефа на деталях тепло-овменной аппаратуры. // Сворняк научных трудов. - Краснодар, 1991. - С. 63 - 68.

3. Кирсанов г.В., Костяев В.И. Инструменты для формирования рельефа, реализующего теплофизические эффекты. // Технология и производство деталей автомобильной техники. Межвузовский снорник научных трудов. - M.t Изд-во НАСИ (Втуз-Эил), 1991. (в печати)

4. Кирсанов Г.В., Костяев В.И., Чутким Ю.В. Повывенив ресурса деталей теплоовменной аппаратуры. // Поверхностный слой, точность и эксплуатационные свойства деталей машин i Tea. докл. семинара, 16-17 мар 1991г. - И. i Изд-во ИМ , 1991. - С. 54.

5. Кирсанов Г.В., Костяев В.И., Артюхин Л.Л. Накатиая ротационная головка для овравотки цилиндрических поверхностей теплообмена .// Провлемы эксплуатации инструмента в маталлоовраватыаа-юпей промшленности > Материалы семинара - M.t ЦРДЗ, .1992. - С. 107-109.

6. Yu.v.Chuehkin, G.i.Kiknadxe, G.N.Kiraanov, V.I.Koetyaev. Making of Beat Exchange Intenaiíiers in the fon ot Crátera on the Surface of Cylindrical Articlee // Advanced Manufacturing Technology* Conference "АИТЕСВ '93* 17-19 Hay 1993. - Rou»«e« Technical University, 1993. (в печати)

7. Кирсанов Г.Н., Костяев В.И., Чушхин Ю.В. Сносов нанесеиия регулярного трехмерного рельефа на цилиндрических поверхностях деталей теплоовмена. Заявка N 4938712/27(042935). Положительно« решение Госкомияовретений от 3.01.92.