автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Кинетопластическое формообразование цилиндрических поверхностей инструментом реверсивного типа

РГо ОД

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ

КОМСОМОЛЬСКИЙ-НА-АМУРЕ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

на правах рукописи УДК 621.992.7

ДИМИТРЮК СЕРГЕЙ ОЛЕГОВИЧ

КИНЕТОПЛАСТИЧЕСКОЕ • ФОРМООБРАЗОВАНИЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ИНСТРУМЕНТОМ РЕВЕРСИВНОГО ТИПА

Специальность 05.03.01. - Процессы механической и физико-технической обработки, станки и инструмент

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Комсомольск-на-Амуре 1995

Работа выполнена на кафедрах "Инструментальная техника и компьютерное моделирование" Московского государственного технологического университета "СТАНКИН" и "Технология машиностроения" Комсомольского-на-Амуре

государственного технического университета

Научный руководитель:

заслуженный деятель науки и техники, доктор технических наук, профессор Султанов Т.А.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Черный Ю.Ф.

Ведущее предприятие:

кандидат технических Дунаевский Ю.В.

паук,

Комсомольский-на-Амуре завод литейного оборудования "Амурлитмаш"

Защита диссертации состоится

в _ часов на заседании специализи

в

£_ 1995

Совета

К.064.70.01 в Комсомольском-на-Амуре государственном техническом университете по адресу: 681013, г.Комсомольск-на-Амуре, ул. Ленина, 27 корп.1, ауд. 122-1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеках Московского государственного технологического университета "СТАНКИН" и Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета.

Автореферат разослан "_"_

1995 г.

о

•З.Я.Мокрнцкий

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Современное производство использует различные способы формообразования поверхностей деталей, но вместо с тем, применение процесса резания и обработки пластической деформацией получило наибольшее распространение. При таких положительных качествах обработки пластической деформацией как: безстходность, производительность, приоритетность для автоматизированного производства; процессы резания обладают большей гибкостью, легче обеспе-. чпвагат точность поверхностей. Поэтому п ближайшем будущем будет оставаться актуальной разработка новых процессам формообразования н инструментов для металлорежущих станков и автоматических линий.

В данной работе предлагается новый процесс 11 инструмент пластического формообразования, который может легко использоваться в ед-тппой инструментальной наладке с режущим инструментом, что позволяет использовать преимущества процессов пластической деформации не теряя гибкости и точности "режущей" технологии.

Использование пластического. деформирования на металлорежущих станках имеет довольно давнюю историю. Процессы накатывания резьб хорошо изучены. Предпринимались попы-пси обработки мелких рифлений и зубьев. Однако, интенсивное научно-практическое развитие процессы обработки пластической деформацией на металлорежущих станках получили а связи с выдвинутой в последние годы проф. Султановым Т.А. концепцией кипстопластичсского формообразования большого многообразия типовых поверхностей деталей машин, как альтернативы обработки резанием.

В 1989 году в МГТУ "Станкин" на кафедре "Инструментальные системы автоматизированных производств" были выполнены исследования по формообразованию цилиндрических поверхностей как предварительной и совместной стадии накатывания резьбы. Была доказана возможность пластического формообразования цилиндрических поверхностей, изучены проблемы« точности, условий захвата и другие аспекты процесса

комбинированного резьбонакатывания. Однако, систематических исследований направленных на определение особенностей формообразования цилиндрических поверхностей как самостоятельного процесса, в том числе силовых, точностных и других характеристик проведено не было.

Представляемая работа расширяет возможности обработки цилиндрических поверхностей компактным инструментом для кинетопластического формообразования, основанного на соответствующей кинематической связи в технологической паре "инструмент-деталь" осуществляемую посредством пластической деформации материала изделия на металлорежущих станках общетехнологического назначения, преимущественно токарной группы.

Цель работы: создание нового процесса и нового реверсивного вида инструментов для формообразования пластической деформацией цилиндрических поверхностей на основе изучения силовых, точностных и качественных факторов процесса, конструктивных и эксплуатационных особенностей реверсивных инструментов.

Научная новизна представленной работы состоит из совокупности закономерностей положений и зависимостей, обосновывающих возможность и условия реализации процесса реверсивными головками с выбранными определенными параметрами их конструктивных элементов и складывается из следующих компонентов:

— нового запатентованного процесса кинетопластического формообразования цилиндрических поверхностей, основывающегося на формообразующей обкатке материала заготовки при прямом и обратном ходе автоматически перенастраиваемой на соответствующий режим головкой;

— математической модели процесса;

— закономерностей связывающих точность и качество обрабатываемых поверхностей с параметрами процесса и инструмента;

— закономерностей сило-моментных параметров процесса;

— обоснованных рекомендаций по проектированию и эксплуатации реверсивных инструментов.

Общая методика: Диссертация выполнена по методике предусматривающей комплексные теоретические и эксперимен-

галыше исследования реверсивного КПФ цилиндрических поверхностей и инструментов для его осуществления, дающих количественную и качественную оценку силовых, точностных и эксплуатационных факторов процесса. В исследованиях применены современная измерительная аппаратура, средства системного исследования с помощью ПЭВМ и методы математической статистики.

Практическая цснпость: Результаты исследований могут служить материалом для проектирования инструмента н технологий. По разработанной методике можно прогнозировать снло-момептные, точностные и экономические характеристики процесса КПФЦП. Написана прикладная программа "ШСРРСР" для расчета параметров процесса. Изготовлены и испытаны варианты новых конструкций инструментов.

Апробация работы: Основные положения диссертационной работы доложены па научно-технических семинарах: "САПР конструирования, технологии изготовления режущего инструмента и инструментального обслуживания машиностроительного предприятия" (г. Пенза: Приволжский дом НТП, 1990 г.), "Интегрированные системы в инструментальном производстве" (г. Москва, МДНТП, 1991 г.); международном научно-техническом симпозиуме "Наукоемкие технологии и проблемы их внедрения на машиностроительных и металлургических предприятиях Дальнего Востока" (г. Комсомольск-на-Амуре, 1°94 г.).

Реализация работы: Конструкции реверсивного инструмента и результаты теоретических и экспериментальных исследований нашли применение в производстве мелхсорг.,мерных Балов на Арсеньевском авиационном производственном объединении.

Публикации: По материалам диссертационной работы получен Российский патент на изобретение, опубликовано 4 печатных работы.

Объем работы: Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, перечня использованной литературы, включающего 145 наименований и приложений. Работа изложена на_страницах машинописного текста, содержит_

•эисунков__таблиц и_страниц приложений.

Принятые сокращения и обозначения: КПФ - кинето-пластическое формообразование; РКПФЦП - реверсивное шше-топластическое формообразование цилиндрических поверхностей; ОМД - обработка металлов давлением; ППД - поверхностная пластическая деформация; ОПД - опережающая пластическая деформация; 2 - межоссвой угол или угол перекрещивания осей ролика и заготовки.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении содержится краткий очерк развития инструментов пластического формообразования и основных научных положений, составляющих предмет защиты. Дано обоснование актуальности работы, раскрыто понятие КПФ.

В главе 1 приведен анализ способов обработки пластической деформацией, конструкций накатного инструмента и методик расчета сило-моментных параметров рассматриваемого процесса.

В результате анализа отечественных и зарубежных источников информации современное состояние вопроса в области пластического формообразования поверхностей специальным инструментом можно охарактеризовать следующим образом:

1. Процессы пластического формообразования являются высокопродуктивными и экономичными методами обработки, улучшающие эксплуатационные качества изделий. В настоящее время некоторые виды инструментов для осуществления этих процессов на металлорежущих станках получили широкое распространение в мировой практике. Однако, пока преобладают процессы с пластической зоной в приповерхностных слоях заготовки, например, резьбонакатывание.

Инструмент и оборудование для процессов накатки резьб, рифлений, мелких шлицев и зубчатых профилей с различным уровнем развития каждого из них применяется как за рубежом, так и в России. Создание и выпуск ресурсосберегающего инструмента для формообразования цилиндрических поверхностей сдерживается из-за недостаточной изученности процесса, его воздействия на инструмент и станок.

2. В области исследований процесса и инструмента для формообразования локальными методами ОМД иа станках

о

зынолнено несколько работ, которые носят узконаправленный характер. Отсутствует общая методология проектирования инструментов кинетопластнческой обработки на металлорежущих станках.

3. В литературе отмечено благоприятное воздействие ОПД на процесс резания, однако воздействие предварительного холодного формообразования, аналогичного КПФЦП, на последующий процесс резания не изучалось.

4. В области определения сило-моментных параметров процессов яакатки сделано многое, существует множество методик. Однако, большинство зависимостей основапы па статистических данных экспериментального материала, охватывающего определенную группу поверхностей и материалов, а существующие аналитические зависимости не в полной мере отражают причинно-следственные связи условий протекания процесса холодного пластического формообразования, поэтому их применение ограничено.

5. В области теории поперечно-винтсвой прокатки решены многие вопросы. Методики определения деформационно-силовых параметров процесса систематизированы,' преобразованы для применения в широкой практике, обеспечивают в металлургии удовлетворяющую производство точность и рекомендуются для использования специалистами смежных областей. Однако, принципиальным отличием является тип привода и использование мощного крупногабаритного оборудования для прокатки. * "

6. Успешное развитие, и внедрение инструмента для холодного КПФЦП на металлорежущих станках предполагает создание математических моделей на базе которых можно создать программы расчета и оптимизации процесса.

На основе анализа литературных данных сформулирована цель работы, которая может быть достигнута при решении следующих задач:

1. Теоретически и экспериментально исследовать сило-моментные, кинематические и точностные параметры процесса РКПФЦП. Разработать и проверить на адекватность детерминированную математическую модель процесса холодного КПФ,

учитывающую особенности процесса: передача момента череа заготовку, ведение реверсивного (двойного) обкатывания и т.п.

2. Установить причинно-следственные связи устойчивого протекания процесса. Определить аналитические зависимости, учитывающие особенности силового режима деформирования, для расчета сило-моментных параметров, • границ устойчивого протекания процесса н ограничений КПФ с учетом геометрик роликов и профиля торца заготовки, упрочнения прокатываемого стержня.

3. Предложить расчетные методики и создать по ним машинные программы: оптимизации настройки инструмента для 1ШФЦП с учетом жесткости инструмента; оптимизации геометрии роликов; расчета винтовых пазов.

4. Разработать инструмент РКПФЦП н методологические принципы его проектирования, который оказывает допустимое силовое воздействие на металлорежущие станки.

В главе 2 раскрыта сущность процесса РКПФЦП, изложены основные научные положения и предлагаемые гипотезы используемые при расчете силовых .характеристик процесса, предложен подход к расчету силовых параметров процесса основанный на построении детерминированной математической модели процесса РКПФЦП, рассмотрена кинематическая связь в технологической паре "инструмент-заготовка", представлен алгоритм программы "ККРЕСР", написанной на языке "ЯВавн:", для расчета параметров процесса и оптимизации конструктивных элементов инструмента, реализованный на основе математической модели процесса.

Особенностью рассматриваемого РКПФЦП является то, что его осуществляют в два этапа: 1. Объемное формообразование поверхности при прямом осевом ходе инструмента на заготовку; 2. Отвод инструмента без традиционного раскрытия и выглаживание при обратном ходе образованной на первом этапе поверхности. При этом настройка инструмента на размер остается постоянной. Реверсирование инструмента при КПФЦП возможно ввиду отсутствия жесткой кинематической связи "подача инструмента - форма поверхности детали". Это позволяет автоматически изменить межосевой угол на противополож-

аый и вывести инструмент с поверхности в режиме самовытал-кивапля.

Предложенная модель базируется на научных разработках отечественных ученных А. И. Целикова, П. К. Тетерпна и др. Однако, обработка трехроликовоп реверсивной головкой КПФЦП имеет специфику и особенности, которые характерны тем, что: а) деформация заготовки осуществляется непривод-нымн роликами, поэтому заготовка испытывает в процессе обработки скручивающие напряжения; б) деформация заготовки осуществляется небольшими по ширине роликами п носит более сосредоточенный характер; в) единичные обжатия малы и относительные диаметральные обжатия на 1/3 оборота заготовки не превышают 3%; г) элементарный объем заготовки при вращении в валках получает значительное число единичных обжатий, в результате чего, заготовка непрерывно испытывает переменные циклические напряжения; д) большое влияние па качество обработанной поверхности оказывает дополнительное выглаживающее обкатывание при реверсе инструмента; е) учет упрочнения материала является одной из труднорешимых задач, потому что, различные точки очага деформации получают различное упрочнение, значительное при холодной обработке.

Для учета особенностей процесса использованы три гиш -езы: о параметре С, который указывает на распределение смещенного объема металла в очаге деформации (предложенной Тетериным П.К.); о величине параметра - С; о пластической деформации при КПФЦП и ее соотношении с параметром С, на основе следствий из которых предложены зависимости:

1. Для определения абсолютной ояализации в очаге деформации:

Лг2 + 2Б • ¿Ц - (Я2 - г2)(1 - С) = 0 (1)

где, АГ; - абсолютная овализация; И и г - радиусы заготовки на

входе и выходе из очага деформации; С - параметр распределения материала.

При этом действительное единичное обжатие определится как сумма геометрического единичного обжатия и абсолютной овалпзацпи.

2. Для определения смещаемых объемов материала, при расчетах численным методом:

= Е 0. 9 • с4 • Аг • В1 . Ь (2)

где, С, - параметр для сечения; ДZ - шаг сечений; В[ - ширина очага деформации в сечении; Ь - глубина смещаемого объема.

3. Для определения относительного удлинения материаль-

ного волокна элементаонои частицы:

а

где, р

1

= Л 1 -

Р2 +

1 1-С 2 ? _ + (р + -2р(1 - р2))2 - 1

(3)

ДЕ

- безразмерный коэффициент; Аг - единичное

обжатие; г0 - радиус заготовки до входа в очаг деформации.

При анализе кинематики процесса выявлено, что распределение сил трения в очаге деформации оказывает существенное влияние на положение начальных поверхностей зацепления инструмента и заготовки. Т.е. кинематика процесса обусловлена кинетическими причинами, т.к. положение начальных поверхностей (точки М и N. см. рис. 1.) обусловлено балансом сил трения в очаге деформации и при рассмотрении осевого или тангенциального скольжения различно.

Рис. 1. Положение точек М и N обусловленное балансом сил трения действующих в очаге деформации

Положение этих поверхностей можно определить по зависимостям:

ду2, = ^ (!. -

(4)

где, 8ШГ - подача инструмента; Р0, Г! 1г Рт - площади поперечного сечения заготовки, в текущем сечении и в сечении М, где отсутствует скольжение между заготовкой п роликом в осевом направлении; п - количество роликов инструмента; Нп и Г^

- радиуса профиля ролика в сечении М, N и в текущем; Ор и ш3

- скорости вращения ролика и заготовки; гп и г! - радиуса заготовки в текущем сечении и в сечении N. где отсутствует скольжение а радиальном направлении.

Векторный анализ скоростей скольжения в очаге деформации позволяет сделать следующие выводы: а) начальные поверхности кинематического зацепления для двух направлений различны, поэтому деформация в любом сечении очага деформации обычно происходит в условиях скольжения (рис. 2.); б) существует некоторая область точек М и N в которой скольжение минимально; в) в" случае выхода сечений М или N за очаг деформации обработка будет вестись в условиях "катастрофического" скольжения, сопровождаемого шелушением поверхности.

Приведен алгоритм расчета прикладной программы "ККРРСР" для определения параметров прямого и обратного хода, которые характеризуются следующими величинами: угол перекоса роликов в процессе обработки, предельную деформацию, усилие деформации, часть сил действующих на переднюю крышку, упругое последействие (возврат) инструмента, радиуса начальных поверхностей ролика и заготовки зацепления в осевом и тангенциальном направлении, вероятность "катастро-

N М

"х

Рис. 2. Вектора скольжения в очаге деформации

фического" скольжения, мощность обработки, момент на шпинделе, усилие подачи инструмента, данные настройки (длина заготовки под обработку, усилие зажима заготовки, минимально допустимую плсщадь контакта зажимных губок, диаметр настроечного калибра).

В главе 3 изложена общая методика экспериментальных исследований скло-момектных параметров процесса, приведены сведения по использованному оборудованию и обрабатываемому материалу, представлены результаты и дана трактовка результатов исследований сило-моментных параметров РКПФЦП.

Обработку производили на токарном станке 1К62 реверсивным инструментом с эксцентриковыми осями на шаровых опорах. Тензодатчики типа ФКПА-100 укреплялись на передней крышке инструмента по мостовой схеме. Для определения скоростей вращения роликов и заготовки применялись ходо-графы контактного типа, укрепленные на корпусе инструмента и на торце шпинделя. Измерения производились на стенде включающем в себя цифровой запоминающий осциллограф С9-8, соединенный через интерфейс к компьютеру IBM/XT для записи данных, которые обрабатывались специальной программой на 486DX2. Нормированная точность измерений составляет 5,6%.

Тарирование установки производилось по разработанной методике нагрузочным валиком с эксцентричной поверхностью, к которой прикладывался нагружающий момент.

Ь-1-:-1----;-1--

0.5 1.5 г г,5 1 и гз .5 1 г

Рис. 3. Изменение радиальной Рис. 4. Изменение радиальной

силы от припуска силы от изменения подачи

Для исследований применялись ступенчатые заготовки обеспечивающие различный припуск на обработку. Шероховатость поверхности заготовок обеспечивалась в пределах 0.634-1.25 На, для уменьшения вероятности шелушения поверхности: Материал заготовок сталь 45.

Результаты исследований радиальных усилий обработки при изменении припуска и подачи представлены на рис. 1. п 2.

Проведенные сило-момептные исследования позволили установить, что предложенная математическая модель процесса дает завышенный па 18 - 30'К. результат, что позволяет при обработке валов получать надежный допуск в минус л при расчете настроечного калибра (размера) использовать максимальный предельный размер обрабатываемой поверхности.

Исследования кинематики процесса позволили установить неустойчивость положения сечений М и N при обработке, на что указывает большой коэффициент вариации данных; подтвердили адекватность предложенной математической модели, которая определяет положение ссчсп"й М н N с погрешностью ± 8 - 12%.

В главе 4 рассмотрена природа образования огранки цилиндрических поверхностей с позиций кинетики процесса, представлены методика и результаты исследования возникающей погрешности формы цилиндра в продольном и поперечном направлении, а га клее результаты исследований влияния формы торца на качество- поверхности и вскрытие осевой полости заготовки, приведены данные о влияли/* принудительной подачи на силовые и качественные характеристики процесса.

Образование некруглых сечений обрабатываемых заготовок наблюдалось с самого начала изучения процессов прокатки цилиндрических профилей. И хотя взгляд на причину огранки круглых профилей за это время неоднократно изменялся, тем не менее авторы сходятся в том, что "... это явление, будучи связано с деформацией, порождается, главным образом, кинематическими причинами." Кинематический анализ позволил выяснить, что заготовка получает огранку с количеством гранен на единицу большим количества роликов.

По мнению автора, первоосновой неравномерного распределения материала является изменение направления деформирующих сил, которое вызывается первоначальным толчком

неустойчивой системы (процесса КПФЦП). Этот первоначальный толчок может произойти по разным причинам: анизотропность материала заготовки, исходная погрешность формы заготовки, погрешность формы деформирующих роликов, угловая погрешность установки роликов и т.п.

В работе показано, что при обкатке ограненных заготовок деформирующие силы роликов во впадинах больше чем на вершине, поэтому вершины "растут" тем больше, чем больше исходные впадины, т.е. технологическая система контакта "инструмент-заготовка" (в процессе КПФЦП) входит в неустойчивое состояние. Проведенные теоретические исследования выявили, что "система" более устойчива, если: а) ширина очага деформации стремиться к максимуму, т.е. отношение диаметра роликов к диаметру заготовки D/d увеличивается, либо увеличивается глубина деформации или подача; б) торец заготовки 5i:.iüeT такую форму, которая обеспечивает прокатку без образования торцовых углублении; в) количество роликов увеличивают; г) жесткость инструмента более высокая.

Обработка велась на токарно-винторезном станке мод. 1К62. Материал заготовок - сталь 45. Инструмент - трехролшео-вая головка для КПФЦП с эксцентриковыми осями перекашивающимися на шаровых опорах. Диаметр ролика 40 мм. Угол заборного конуса 10 град. Диаметр настроечного калибра -11,5мм. Диаметры заготовок - 11,7; 12; 12,5; 1-3 мм. Скорость вращения шпинделя 25 мин-1. СОЖ - веретенное масло. Измерение исходной погрешности формы заготовок производилось в центрах индикатором. Круглограммы снимались на кругломере "TALYROUND" английской фирмы RANK TAYLOR HOBE Ж. На обточенных заготовках круглого сечения создавались отклонения формы в виде четырехгранной овальности с max и min размерами по окружности соответствующими допуску погрешности формы горячекатанного прутка обычной, повышенной и высокой точности, а также калиброванного прутка 5 кл. точности по ГОСТ 2590-71 и ГОСТ 7417-75. Искусственная .овальность заготовок создавалась четырехкратным точением лысок на круглой поверхности заготовок закрепленных со смещением от оси в четырехкулачковом патроне.

По полученным круглограммам построен график зависимости изменения исходной овальности в зависимости от припуска и подачи (ширины очага деформации), а также исходной овальности заготовки (рис. 3. и 4). За единицу овальности принята разность максимального и минимального размера окружности в мм.

Рис. 3. Изменение исходной Рис. 4. Изменение исходной овальности при увеличении овальности при увеличении глубины обработки подачи

В результате экспериментов выяснено, что: а) с увеличением припуска под обработку и подачи погрешность формы обработанной поверхности уменьшается; б) в случае, когда припуск под обработку меньше, чем значение исходной овальности, огранка возрастает; в) отклонения от круглости зависят от исходной погрешности заготовки. *

Для исследования искривления оси поверхности использовались заготовки с минимальной непрямолинейностыо оси (не более 0.1 мм.) и с искусственным искривлением оси на величину 2 мм. при длине заготовки 200 мм. Исследование производили вращающимся и невращающнмся инструментом с жестким и плавающим креплением. Г1о результатам исследований можно сделать вывод: а) Образование непрямолйнейности оси обработанной поверхности не зависит от исходной; б) Если при обработке невращающимся инструментом затруднительно обеспечить точное совпадение осей заготовки и инструмента, то предпочтительнее применять плавающее крепление; в) При обработке вращающимся инструментом необходимо обеспечивать

точное совпадение осей заготовки и инструмента. При плавающем креплении заготовки видимого уменьшения погрешности не происходит; г) Искривление оси заготовки при обработке невращающимся инструментом меньше, чем при вращающемся.

Исследования влияния формы торца на условия обработки показали, что: а) торцевый наплыв практически отсутствует при предварительном снятии заходной фаски под углом 10° на глубину припуска; б) при исходном торце без фаски величина торцового наплыва примерно равна припуску; в) вероятность вскрытия полости значительна при наличии на торце отверстия диаметром в половину диаметра обрабатываемой поверхности.

Исследования принудительной подачи показали, что осевые силы при прямом ходе значительно возрастают, при этом увеличивается шелушение поверхности и изменяется положение начальных поверхностей зацепления, из-за подтормаживанич роликов щеками. Однако, при обратном ходе при 2=0 уменьшается (в 3 - 5 раз) волнистость поверхности от винтового следа.

В главе 5 изложены методики: проектирования инструмента РКПФЦП, оптимизации винтовых пазов, расчета возникающих при перекосе осей погрешностей, расчета прочности основных элементов; представлены данные исследований жесткости двух различных конструкций инструментов; приведен обзор возможных путей развития инструментов кинето-пластического формообразования данного вида.

Принципы конструирования осевого инструмента КПФ должены отвечать следующим основным требованиям: инструмент должен иметь минимальный габарит и вес, чтобы вписываться в существующую инструментальную систему; возникающие осевые силы не должны превышать допустимых; инструмент не должен передавать радиальных усилий обработки на станок; должен быстро перенастраиваться. Отсюда формулируются принципы проектирования инструмента КПФ, важнейщие из которых: а) замыкание основных усилий обработки в инструменте или на контактной поверхности "инструмент-заготовка" (принцип самозатягивания); б) для уменьшения габаритов инструмента силовые элементы, замыкающие усилия, необходимо приблизить к поверхности обработки; в) для увеличения жесткости инструмента необхо-

димо устранят!» промежуточные передающие элементы между эксцентриковой осью и фиксатором; г) для уменьшения времени настройки количество затяжных элемеитоп необходимо минимизировать.

Представлены конструкции инструментов спроектированных по сформулированным принципам.

Одним но важных конструктивных параметров инструмента РКПФЦП является угол винтовых пазов, который влияет па величину X и, следовательно, на положение начальных поверхностей, определяющее устойчивость работы инструмента п. качество обрабатываемой поверхности. Разработан алгоритм оптимизации винтовым пазо». Входными данными для расчета являются момент на шпинделе и осевые силы формообразования. Подробно рассмотрены силы действующие на инструмент от очага деформации, их преобразование элементами инструмента при передаче этих сил на винтовые пазы с которыми взаимодействует водило передающее крутящий момент и усилие подачи от станкй. Очевидце что при этом должен соблюдаться баланс сил. Разработанная методика определения баланса осевых сил действующих на инструмент позволяет оптимизировать угол наклона винтовых пазов.

Характерной особенностью инструмента является то, что при перекашивании осей роликов их формообразующие поверхности приближаются к оси заготовки, поэтому при обработке возникает погрешность размера сбраС .тываемой поверхности, особенно при больших подачах или малых диаметрах, когда Е значителен. Погрешность описывается зависимостью:

где, И - радиус расположения осей роликов; Ь - длина оси ролика между опорами.

Другая погрешность возникает не только в конструкциях инструмента с креплением эксцентриковой оси в шаровых опорах и вызвана тем, что ось вращения роликов смещена относительно оси перекоса и увеличивается с возрастанием эксцентриситета. Она описывается зависимостью:

(6)

Ла = к.

(7)

где и - действительное расстояние от оси заготовки до серединной точки оси ролика в нормальном и перекошенном положении.

Межцентровое расстояние в перекошенном положении можно определить по зависимости:

где,,р - эксцентриситет оси; ф - угол поворота оси при настройке на диаметр.

Жесткость инструмента - сильно влияющий фактор на точность размера и форму поверхности. Исследования жесткости двух конструкций инструментов позволили установить, что а) инструмент с креплением эксцентриковых осей на шаровых опорах имеет в 4 раза меньшую жесткость по сравнению с креплением в полуцилиндрах; б) жесткость инструмента изменяется при повороте эксцентриковой оси и описывается синусоидальной зависимостью:

где, А - постоянный коэффициент; с! - диаметр обработки; бт}п и <1тах - минимальный и максимальный размеры обрабатываемых поверхностей для данного инструмента.

Представленные зависимости позволяют учитывать погрешности вносимые инструментом при расчете диаметра настроечного калибра (размера) в программе "йКРГСР".

В приложениях представлены: обоснование экономической эффективности предлагаемого инструмента, исходный текст программы "ЫКРЕСР" для расчета параметров обработки написанный на языке "({Ьаэн:", данные исследований (графики, круглограммы, таблицы), конструкции инструментов КПФ.

(8)

] = А со8(2П - ^ Дт1"-)

^ шах ^ тт

О)

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ РАБОТЫ

1. Анализ данных источников информации показывает, что РКПФЦП специальным инструментом как процесс альтернативный токарной обработке но известен, не изучался, создан впервые и запатентован. Изучение процессов бесстружечпого формообразования и инструментов создаваемых на их основе представляет значительный иаучно-практическнп интерес с точки зрения ресурсосбережения, повышения производительности и автоматизации.

2. Показано, что особенности КПФЦП позволяют создать особую категорию инструментов реверсивного типа.

3. Предложена л обоснована детерминированная математическая модель процесса: п которой ограничивающими факторами возможности формообразования приняты: радиальные и осевые усилия обработки (по прочности инструмента), допустимый крутящий момент (по прочности заготовки) и условие возникновения "катастрофического" скольжения (по шелушению поверхности).

В рамках разработки модели предложены зависимости (1-3) позволяющие определять абсолютную овализацшо заготовки, параметр С численным методом и деформацию в поверхностном слое.

4. Математическая модель РКПФЦП положена в основу прикладной программы "НКРГСР" написанной на языке "С^Ьавк" для 1ВМ РС и предназначенную для определения технологических параметров РКПФЦП на прямом я обратне / ходе: межосепого угла, усилия деформации, упругого последействия инструмента, радиусов начальных поверхностей зацепления ролика и заготовки, мощности обработки, момента на шпинделе, усилия подачи инструмента, данных настройки -длины заготовки под обработку, допустимого усилия зажима заготовки, минимальной площади зажимных губок, диаметра настройки).

5. Экспериментальная проверка математической модели показала, что превышение расчетных данных над экспериментальными по усилиям обработки составляет 18 - 30%, что

позволяет при обработке валов получать надежный допуск в минус.

6. Векторный анализ скоростей скольжения в очаге деформации позволяет заключить, что: а) начальные поверхности для осевого и тангенциального направлений различны; б) при выходе начальных поверхностей за очаг деформации обработка будет вестись в условиях "катастрофического" скольжения сопровождаемого шелушением обрабатываемой поверхности. Исследования кинематики процесса позволили установить неустойчивость положения начальных поверхностей при обработке; подтверждена адекватность модели, которая определяет их положение с погрешностью ±8-12 %.

7. Экспериментальные исследования особенностей процесса РКГ1ФЦП установили: а) точность диаметров изделий находится в пределах 3-9 кв. при точности заготовок 10-12; б) шероховатость поверхности достижима до 11а 0,8-0,63; в) погрешность формы цилиндра детали зависит от отклонений формы заготовки; г) погрешность формы изделия в продольном направлении практически не зависит от исходной погрешности заготовки и для невращающегося инструмента составляет « 0,05/50.

8. Изучение влияния формы торца заготовки на процесс формообразования позволило установить, что: а) при выполнении торца с пологим заходным конусом (10°) изделие получается практически без торцового наплыва; б) при наличии на торце отверстия равного половине диаметра заготовки область применения процесса ограничивается вскрытием осевой полости.

9. Анализ конструктивных элементов инструмента выявил: а) закономерности (6,7) изменения диаметра настроаки в зависимости от межосевого угла Е; б) влияние угла винтовых пазов инструмента на положение начальных поверхностей зацепления в тангенциальном и осевом направлениях; в) закономерность (9) изменения жесткости инструмента от диаметра настройки.

10. Разработаны и испытаны конструкции реверсивного инструмента КПФЦП.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Султаноп Т.А. Дпмитрюк С.О. Реверсивные обкатные головки./ Материалы семинара: САПР конструирования, технологии изготовления режущего инструмента и инструментального обслуживания машиностроительного предприятия. -Пенза: Приволжский дом НТП, 1990.

2. Султанов Т.А. Димитрюк С.О. Реверсивные обкатные головки./ Материалы семинара: Интегрированные системы в инструментальном производстве. - М: МДНТП, 1991. с.91

3. Патент 8и 1790462 АЗ В21Н 3/00 Способ бесстружечного формообразования цилиндрических поверхностей деталей и инструмент для его осуществления. - 23.01.93. Бюл. №3.

4. Димитрюк С.О., Высоцкий В.В., Санкеев И.Л. Дислокационно-энергетические принципы улучшения технологических параметров процесса резания./ Материалы международного научно-технического симпозиума "Наукоемкие технологии и проблемы их внедрения на машиностроительных и металлургических предприятиях Дальнего Востока" - Комсомольск-на-Амуре: КнАПИ, 1994.

5. Димитрюк С.О. Подход к математическому моделированию кипетопластического формообразования цилиндрических поверхностей. / Материалы международного научно-технического симпозиума "Наукоемкие технологии и проблемы их внедрения на машиностроительных и металлургических предприятиях Дальнегр Востока" - Комсомольск-на-Амуре: КнАПИ, 1994.