автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Повышение качества неподвижных соединений "корпус-втулка" дернованием с формообразованием микрошлицев на цилиндрической поверхности охватывающей детали

БРЯНСКИЙ ОРДЕНА "311АК ПОЧЕТА" ИНСТИТУТ ТРАНСПОРТНОГО МАЕП ЮСТРОЫ ПЩ

На правах рукописи

АНДРЕЕВ гаш ВАСИЛЬЕВИЧ

ПСШИЕПИЕ КАЧЕСТВА КИЩВИ2ШЫХ СОЕДИНЕНИЯ "КОРПУС-ВТУЛКА" ДОИЮВАНИЕН С «0ИЮ0БРА30ВЛ1ШЕЦ МИКРОШЛИЦЕВ НА ЦШШНЦРИЧЕСКОЗ ПОВЕРХНОСТИ ОХВАТЫВАЩЕЯ ДЕТАЛИ

Специальность 05.02.08 - технология машиностроения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

'' БРЯНСКИЙ ОРДЕНА "ЗНАК ПОЧЕТА" ИНСТИТУТ -Л I ТРАНСПОРТНОГО МАШИНОСТРОЕШ1Я

На правах рукописи

АНДРЕЕВ ШИ ВАСИЛЬЕВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА НЕП0ДВИ2ШХ СОЕДИНЕНИЙ "КОРПУС-ВТУЛКА" ДОРНОЕАНИНЛ С ФОРМООБРАЗОВАНИЕМ МИКРОШЕЩЕВ НА ЦШППЩРКЧЕСКОа ПОВЕРХНОСТИ ОХВАТЫВАЮЩЕЙ ДЕТАЛИ

Споцаалыгосхь 05.02.08 - технология машиностроения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена в Могилевском машиностроительном институте

Научный руководитель: кандидат технических наук, профессор П.С. Чистосердов

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор П.Г. Алексеев кандидат технических наук, доцент Л.М. Кокуро

Ведущее предприятие - производственное объединение

"Барнаульский завод транспортного

маппшостроешш" /

Защита состоится 1992 г. на заседа-

шш специализировашюго Совета K063.28.0I в Брянском ордена "Знак Почета" институте транспортного машиностроения по адресу: 241035, г.Брянск, Бульвар им. 50-ти лотая Октября, д. 7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Брянского ордена "Знак Почета" института транспортного машиностроения.

Ваш отзыв на автореферат в одном экземпляре, заверенный печатью, просим направить по указанному адресу.

Автореферат разослан "¿¿0" <-¿-¿<5-Х- 1992 г.

Ученый секретарь Специализированного Совета канд. тех1Ь наук, доцент

В.П. Федоров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕШ. Одной из задач современного производства в машиностроении является совершенствование технолога! сборки соединения с натягом типа "корпус-втулка", которые полупил! широкое применение в различных машинах и. механизмах благодаря своей простоте, технологичности изготовления и экономичности.

Большинство таких соединений работает в условиях знакопеременных, ударных и циклических нагрузок. Для повышения -надежности их в работе в. течение длительного периода времени постоянно ведутся исследования по повышению качества поверхностей деталей, входящих в прессовое соединение, характеризующееся высокой точностью и малой шероховатостью поверхностей, благоприятными по велгсше и знаку остаточными напрякепиями по сечению .детали, повышенной прочностью поверхностных слоев металла.

Такие показатели качества поверхности деталей достигаются при пркменешши в процессо изготовления деталей упрочияще-квлибрутаих и Формообразующих методов механической обработки. В связи с этим в отечественной и зарубежной машиностроительной промышленности в последнее время определилась достаточно ярко выраженная тенденция замеиы ряда операций обработки металлов резанием лезвийным и абразивным инструментами операциями упрочнявде-калибруодей и формообразущей обработки. IIa практике, например, напел широкое распространение весьма эффективный метод обработки точных цилиндрических отверстий дорнованием.

Существующий способ получения прессовых соединений, путем дорнования втулки установленной с зазором в корпусную деталь ( т.е. поперечная запрессовка ), достаточно исследованный в ряде

предшествующих работ г> области дорноваипа, обеспечивает повышение прочности прессовых соед:шои:и! на 30-40 % по сравнению с продольно!! запрессовкой с дорнованием. В этих :;;о источниках отмечается, что такое увеличение является пределом повышения прочности соединений получаемых запрессовкой с дорнованием.

В настоящей работе предлагается дальнейшее развитие поперечно-прессовых соединений, получаемых дорнованием, что обеспечивает резкое увеличение прочности прессовых соединегай на моменту проворота втулки.

Качество прессового соедшюшш по моменту проворота, превышающего существующее в несколько раз достигается разработанной автором технологией, предусматривавшей дорноватш отверстий охватывающих деталей дорном, создающим объемно-напрякенное состояние и, одновременно, формирующим выступы (микро&гащы) на контактной поверхности; установку охватываемой детали в отверстие корпуса; дорнование отверстия втулки.

Настоящая работа выполнена в рамках госбюджетной теш ЫШ-ГБ/8603 "Повышение качества и долгоеочности деталей мазин и инструментов технологическими методами". включенной в пятилетний план важнейших научно - исследовательских работ в области естественных наук АН БССР на 1986-90 года в раздел "Материал 26.28".

ЦЕЛЬ РАБОТЫ.Исследование и разработка высокоэффективного и производительного метода получения неподвижного соединения, "корпус-втулка", обеспечивающего комплексное . повышение его эксплуатационных свойств.

ОБЩАЯ МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ. Теоретические исследования • выполнялись с применением аппарата теории упругости и пластичности, теоретической механики, аналитической геометрии.

дифференциального, интегрального и операторного исчислений, математической логики, научных положений технологии иашшостроешш. Экспериментальные исследования осуществлялись с использованием современной электронно-измерительной, контрольно-регистрирующей аппаратуры, а также специально разработанных устройств. Обработка числовых расчетов . и экспериментальных данных проводилась с- использованием методов вероятности и математической статистики, ЭВМ ЕС 1032, "Искра 1256", и ПЭВМ.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА.Впервые предложен и теоретически обоснован котод получения микроилкцевого прессового соединения. Метод предусматривает формирование микрошлицев на посадочном диаметре охватывающей детали при ее дорновании с большим натягом дориом, имеющем продолыше канав1Ш, т.о. без дополнительных энергетических затрат (A.C. I25535I).

Разработаны физическая и математическая модели процесса получения микрошлицев при дорновании цилиндрического отверстия дорном с продольными пазами.

Полученная математическая модель содержит ряд решений, на встречающихся в известных работах по дорновашпэ, и адекватно отраяает реалышй процесс.

Разработан оригинальный способ, оценки качества прессового соединения по моменту проворота (A.C. 1538083).

Разработаны и защищены авторским свидетельством комбинированный способ, сборки'деталей запрессовкой с обработкой отверстия и устройство для его осуществления (положительное решение от 12.03.90.).

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Получены зависимости прочности микрошлицевого прессового соединения по параметру максимального крутящего момента, передаваемого соединением от геометрических

параметров шлицев, позволяющие определять параметры дорнующего инструмента для полу чеши микрошлицев.

lía основании математической модели формообразования микрошлицев на посадочном диаметре с помощью дорна с гфодольными пазами разработана инженерная методика расчета зависимости требуемых геомзтричоских параметров микрошлицев от параметров процесса дорнования.

Методика запрограммирована на персональной ЭВМ. Результаты расчета показывают хорошую сходимость с практическими донными.

Экспериментально исследовано влияние различных материалов корпусов и их геометрических размеров на величину диаметральной деформации и высоту микрошлицев. Получены зависимости усилий дорнования от материалов корпусов и их геометрических размеров.

Проведено исследование напряженно-деформированного состояния при дорновонии корпусов с одновременным 'формированием шкроилицов и при формировании собственно микрошлицевого соедшюния. Впервые использован метод рентгена структурного анализа при дорнования наряду с традициошшм тензоыотрированием. Получены зависимости изменения усилий дорнования при формировании микрошшцевых прессовых соединений для различных материалов втулок с различными геометрическими параметрами охватывающих деталей.

Проведено широкое исследование для различных материалов втулок размерной точности отверстий полученных микроалицевых прессовых соединений. Определены оптимальная точность, достигаемая дорнованнем запрессованной втулки, в таксе влияние микрошлицев на точность Форш отверстия в продольном и поперечном сечениях после фешивних операций растачивания, протягивания, операций совмещенных с дорнованием и др.

Исследовано изменение величины микронеровностей, опорной

длшш профиля и других параметров шероховатости, получаемых в результате операции дорнования.

Экспериментально подтверздено резкое увеличение прочности микрошлицевых неподвижных соединения "корпус-втулка" по параметру максимального крутящего моменте, передаваемого соединением.

Величина максимального момента, передаваемого соедшюнием на порядок и более, превышает момент, передаваемый стандартным соединением, полученным продольной или попере'пюй запрессовками.

Разработан ряд конструкций устройств и инструментов для дорнования охватывающих деталей с одновремешшм формированием микрошлицев на их посадочных диаметрах.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ.Использование результатов исследований значительно повысило надежность прессовых соединений и производительность сборочных работ при гас получениях) Проведены производственные испытания и внедрение разработанной технологии на дв^ родственных предприятиях с экономическим эффектом 33,0 тысячи рублей.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения работы изложены и обсуждены на Всесоюзной конференции "Основные направления развития и применения высокоэффективных процессов изготовления деталей и узлов тракторов и сельхозмашин и их упрощения методами порошковой металлургии", г.Барнаул 1984 г.; Республиканской научно-технической конференции "Исследование, разработка новых методов и расширение номенклатуры деталей, нзготовляег.ых методом порошковой металлургии и покрытий в мостостроении Узбекистана", г.Ташкент, 1985 г.; Региональной научно-практической конференции "Повышение производительности и качества продукции в условиях автоматизации машиностроительного

производства", г.Барнаул, 1985 г.; Всесоюзной научно-технической конференции "Новие технологические процессы и оборудование для поверхностной пластической обработки материалов", г.Брянск, 1986 г.; II Всесоюзной научно-технической конференции "Прикладная рентгенография металлов", г.Ленинград, 1990 г.; объединенном заседании кафедр "Технологии машиностроения" и "Металлорежущие станки и инструменты" ММИ , г. Могилев 1991 г; Республиканской научно-технической конференции "Совершенствование существующих и создание новых ресурсосберегающих технологий и оборудования в машиностроении, сварочном производстве и строительстве", г.Могилев, 1991 г.

ПУБЛИКАЦИИ. По результатам диссертации опубликовано 10 печатных работ и получено 3 авторских свидетельства.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, пяти глав, обща выводов, списка литературы и приложения. Содорызт 156 страниц машинописного текста, 13 таблиц, 77 рисунков, список ■• литературы, включающий 127 наименований, п приложений на 35 страницах.

СОДЕРНАНИЕ РАБОТЫ

Во ВВЕДЕНИИ обоснована актуальность работы.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ рассмотрено состояние вопроса, произведен обзор и анализ развития технологических возможностей пластического поверхностного деформирования, в частности, дорнования в СССР и за рубежом, а также сформулированы цель и задачи исследования.

Анализ литературных, источников и практика показывают, что наиболее широкое распространение на производстве находят способы получения прессовых соединений за счет перемещения сопрягаемых

деталей в заданное положение путец приложения осовой силы или путем создания тегшературных деформаций охватывающей и охватываемой деталей.

Прессовые сое^пюния получаемые на практике продольной и поперечной запрессовкам! обладапт следующими недостатками: нз-зп различного монтпиюго натяга запрессовки вследствие колсбптш произродствешшх допусков диаметров сопрягаемых деталей г, пределах посадки одного и того же квалитета точности прочность прессового соед:ше!П!я имеет значительные колебания; п процессе сапроссовкя втулот: из-за неточной первоначальной установки )"пко*зш задиры пэрухэюй поверхности, перекос п сдашшяапие втулки, что требует при относительно боличих натяга:: запрессовки н носодко тошгостенных втулок их точного цэнтриревпгшя п корпусе и направлении во время запроссопс!; при термических способах получения прессовых соединений возмоыпл недопустимые дейормоцин деталей вследствие перепада температур, а такке нообратимыо структурные превращения, происходящие в металле при низких температурах.

Дорнование позволяет уве^ггать разморнуи точность посадоч!гы>: поверхностей прессового соединения, повысить поверхностную тгзрдость и снизить высоту микронероппостей обрабатываемых поверхностей, что благоприятствует получении качествешшх неподвижных посадок.

Постоянный рост мощностей и динамических качеств современных машин, сокращение их материалоемкости выдвигают новые требования к работоспособности прессовых соедипогай типа "корпус-втулка". Дальнейшее повышение прочности таюпе соединений по параметрам осевой распрессовки и моменту потери прочности при кручении путем увеличения натяга запрессовки уже не может бить достигнуто, так как напряжения в запрессовываемых втулках

превышает предел прочности.

Прочность прессового соединения по моменту проворота, превышающая существующую в несколько раз, достигается технологией, разработашюй автором, и включающей следующие операции: дорнованиэ отверстий корпуса дорном, создающим объемно-напряженное состояние корпуса, и, одновремешю, формирующим выступы ( микрояшщы ) на контактной поверхности; установку втулки в корпус с натягом или с зазором и дорновошю втулки в корпусе (A.C. I25535I).

Получившееся напряженное состояние в стыке "корпус-втулка" и вдавившиеся в тело втулки микрошлицы увеличивают несущую способность прессового соединения, то ость способность противостоять длительное время нагрузкам, стремящимся провернуть втулку в корпусо в несколько раз больше, чем простое увеличение натяга запрессовки.

Настоящая работа посвящена исследованию предлагаемого способа получения прессовых соединений.

Для достижения поставленной цели в работе решены следук^ие задачи:

1. Аналитическое и экспериментальное исследование процесса получения микрошлицев на контактной поверхности корпуса в результате дорнования его дорном, имеющим продольные канавки на рабочей части.

2. Исследование влияния геометрических параметров корпусных деталей на величину получаемых микрошлицев.

3. Определение усилий дорнования отверстий корпусов с одновременным формированием микрошлицев и усилий дорнования при обработке отверстий втулок, запрессованных или установленных с зазором в корпуса, имеющие микрошлицы на контактной поверхности.

4. Исследование точности размеров и геометрии отверстий

микрошшцевого прессового соединения "корпус-втужа".

5. Определение влияния микрошлицев на качественные характеристики отверстия втулки в полученном микроилицевом прессовом соединении.

6. Экспериментальное определение прочности микрошлицевого прессового соединения.

Во ВТОРОЙ ГЛАВЕ изложены теоретические основы процесса дорнования с одновремешшм формированием микрошлицев.

Использовав опыт теоретических исследований предавствупцих работ в области дорнования автором подтверждены уравнения для компонентов напряжений в упругой и пластической областях при дорновшши корпуса (рис.1). Согласно уравнениям для соответствующее компонентов работа, в зоне цилиндрической лонточки дорна на гладкой части, напряжения имеют вид в упругой области:

о =

З(Н^)

р)г [ I П ] .

Па,

з(гЦ>2

Па,

о.= Па. - ( I )

1 '

В пластической области:

о, ( И

О = —7" I 2\ 1п -

<■ 7з { н

1-Х. 1

пг <ру2

- \

| Па,

Рис. 1. Схема к определению компонентов напр.ыек;:!: .при лорнованлк корпуса

71- (

Тз" [

2Х 1п--

1-Л. 1

П2

2 А. 1т

Ш>

+ \ Па,

( 2 )

к

где Я = 1 - ^ - - параметр упрочения; Ет- модуль упрочнения.

Ееличина контактного давления в зоне цилиндрической ленточки определяется из уравнения:

V

о

в

7з~

и,

2 А. 1п—*- +

+ ( I - Л. )

[ [ 1; )2"1 ])Па* (3)

Остаточную и упругую деформации при дорновании определяем на основании теоремы о разгрузке, согласно которой величина радиальной упругой деформации равна величипе фштпишх радиальных перемещений, рассчитанных по закону Гука и возникапцих от истинного контактного давления:

ОИ

^ 2((Яг)г- И*)

И.

Ч11) (1 + 21пХ ]

Г Н1 I2 (^) -* -1

мм.

( 4 )

И

Радиальная остаточная деформация отверстия корпуса при

дорновашш определяется из зависимости:

= н,- еп,1гтт - И мм.

юст 1 1упр о .

Подставляя в эту зависимость значение е111упр 113 уравнения ( 4 ) получим:

5П

юст 2

(Иг)е

<Лг)г -И*

г л2 г п

Л (1 ] (1 + 21"

Г К1 I2

Г — 1 - а. + 1

1 Я, }

мм.

( 6 )

Расчет радиальной остаточной деформации ( аП1осг ) при дорновашш с одновременным формированием микрошлицев запрограммирован ни ЭВМ.

Для математического описшшя процесса формирования микрошлицев автором разработана модель процесса, позволящая рассчитывать геометрические парамотри микрошлицев.

Для упрощения расчетов, связанных с созданием математической модели процесса формирования микрошлицев, к допущениям, принятым в предшествующих работах для вывода теоретических зависимостей, описывающих процесс дорнования отверстий вводятся дополнительные ограничения:

1)ширина паза на дорне больше некоторой предельной величины, меньше которой не происходит заполнения паза на дорне;

2)изменение геометрии корпуса за счет упругих дефораций не учитываются;

3)глубина паза на дорне заведомо больше возможной высоты

мшфоилица ( намного больше величины натяга дорновашш, приходящегося на'сторону ).

На рис. 2 представлена схема движения дорна с пазами в корпусе, тлеющем достаточную длину для обеспечешш задашюго моаотошюго двикешш.

При проталкивании дорна через отверстие, имеющего меньший диаметр по сравнению с диаметром дорна по щшшдричоскоЛ ленточке на величину натяга дорновашш, происходит нарастание напряжений внутри стешет корпуса последователь но от сочешгя к сечению, являющихся нормальными к образующей заборного конуса.

Любая точка "А", находящаяся на внутренней поверхности корпуса шоке точки г , находится в состоянии покоя и напряжения в этой точке, в случае достаточой удаленности от точки г , равны аг Радиальные сг.г.'.зыу.е и тангенциальные растягивающие 1ш!фяжеш!я, которые могут возникать под воздействием дорна, отсутствуют. В момент, когда точка'"А" займет положите несколько выше точки г , упругие радиальпые и тапгопциалыше напряжения от воздействия дорна достигают своего максимально возможного значения и материал корпуса в точке "Л" переходит в состояние пластичности:

V -тг (1 + (-¡: )2)па- (8 >

Усилия, действующие со стороны дорна на корпус в точке 1Н передаются вглубь стенки по направлешио нормали к поверхности дорна в этой точке. Через какое-то время они вырастают до такой степени, что напряжения на внешнем конце нормали достигают

Рис,2. Схема к определению высоты гикрэшлчцев при дорновании корпуса

приела текучести. Точка "Л" за это время успевает переместиться из точки гн в точку 1пт ( точка полной текучести ), которая характеризуется тем, что по всей длине нормали в этой точке, материал корпуса полностью находится в пластичном состоянии.

Давление, при котором пластическая область распространяется на все сечения корпуса, определится из зависимости :

Рпт=7^°Т Ь??— ].Пз' где з - увеличение внутреннего радиуса корпусов мм:

з = Хн) 31Ш мм. ( 10 )

Тогда: о^= - РПТ Па. ■ ( II )

Тангенциальные напряжения в точке при найденном

а1', определяется из зависимости:

°Г= о? Г-0^-]2 пв- ( >

1 о г

На рассматриваемом участке (1н»1пт) еца существует подпор упруго-деформироватих нарукных слоев материала корпуса, что заставляет пластичэски-деформированные слои затекать в пазы дорна. Как только интенсивность напряжений на внешнем радиусе достигает предела пластичности ор, исчезает подпор и материалу корпуса энергетически выгоднее просто раздаваться по мере проникновения дорна вглубь детали. Формирование шлицев при этом заканчивается. Согласно рис. 2 высота микрошлица определяется

как длина отрезка Опт.Е), то есть следущи выражением:

б = (iIIT- iH) slna мм. ( 13 )

Окончательно уравнение, связывающее напряжения в каждой точке заборного конуса дерна, геометрические параметр:! корпуса и дорна, а также мехшглческиз свойства корпуса выглядит в виде равенства:

N = (0ггпт- ^Х* а1па <V 1пт> - nbK>+ + (о-+ a»)(4slna (г* + zIjInT+ iJT)(x - +

+ (anTL - о ^Z—)(г; slna (i + L) - nb H r г пт irr к

+ (ar + b2 - < 14 >

В случао, когда nbK= 0, модель описывает обычный процесс дорновапия с большими нетяге.',si. При отом весь' объем материала корпуса находится в пластическом состоянии.

Расчет высоты микрошлкцев ( ö ) запрограммирован на ЭВМ.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ изложена методика экспериментальных исследовшшй. Экспериментально работы проводились на образцах из материалов, наиболее часто используемых в автотракторном двигателе строении для изготовления узлоз прессовых соедшений типа "корпус-втулка".

Конструктивные параметры экспериментальных втулок подшипников приняты согласно ГОСГ 197'^-72.

о При экспериментальных исследованиях использовались одно- и многозубые дорш, изготовлешше из инструментальных легированных и карбидосодержащих сталей марок 9ХС, XI2M ГОСТ 5950-73, PI8 и Р6М5 Г0СТ19265-73, подвергаемых закалке и отпуску для получения необходимой твердости 62...65 единиц HRC.

Геометрическое исполнение элементов дорнов осуществлялось по методике, изложенной в работах по дорнованию.

Экспериментальные исследования по определению силовых характеристик процесса проводились на универсальной испытательной машине МУП-50. При этом использовалось специальное тензометрическое устройство, включающее теизометрический дшшмометр, тензометрический усилитель УТ4-1 и осциллогриф H-II5.

Автором разработан способ определения крутящего момента, передаваемого прессовым соединенном (A.C. I53S083). Для осуществления разработанного способа спроектирована и изготовлена специальная установка, ' которая встраивается в универсальную испытательную машину модели СДМ 10/91.'

Применение при прессовом соединении двух охватывающих деталей позволяет исключить самостоятельные сродства для отдельных захватов охватывающей и охватываемой деталей. Кромо того, появляется новый подход к определению момента потери прочности соединения, а именно: за счет приложения момента кручения к двум частям одной втулки, установленной в пару рычагов, и приложение к ним противоположно направленных усилий. При этом обеспечивается проведение испытаний соединений с тонкостенными втулками, простота осуществления их и практически полное приближение к реальным условиям эксплуатации.

Искажение геометрической формы внутренней поверхности втулок прессового соединения с микрошлицами определялось с

помощью прибора "Талейронд". Прибор позволяет получать круглограмму любого сечения втулки без разрушения целостности узла.

Обработка результатов замеров позволила определить, параллельно с некруглостью каждого сечения, отклонения от. прямолшейности образующей внутренней поверхности втулки.

Измерение параметров шероховатости производилось на приборе "Профиль-5". Прибор предназначен для измерения параметров шероховатости поверхностей в соответствии с требованиями ГОСТ 2789-73 и ГОСТ 19300-73 и позволяет измерять все высотные и шаговые параметры, кроме R , и относительную длину профиля при различных значениях уровня сечения от

Определение величин и направлений главных деформаций осуществляют путем тензомстрирования деформируемой детали шп: узла "корпус-втулка" в трех направлениях.

В процессе отработки технологии получения прессовых соединений с микроии-щами использовался также метод ронтгопоструктурного анализа.

С целью определения соответствия точности разработанного процесса получения прессовых соединений заданной точности, установленной исходя из эксплуатационных требований, проведен статистический анализ . размерной точности технологического процесса. Для осуществления всего комплекса исследований были изготовлены 951 корпус, 195 экспериментальных шатунов и 1631 втулка. Изготовлено 102 экспериментальных дорна.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ изложены результаты экспериментальных исследований качества микрошлкцевых прессовых соединений.

I Превалирующим фактором в получении заданных диаметров микрошлицев является натяг дорнования. Экспериментальные кривые, характеризующие данные зависимости, близки к теоретическим.

Расхождение составляет не более 5".

Геометрические параметр!! корпусов существенно влияют на формование микрошлицев. Кроме того, увеличение толщины стешси корпуса вызывает заметное увеличение начальной величины усилии дорновашш, при этом наблюдается рост интенсивности нарастит усилил.

Материалы, обладающие разным сопротивлением деформированию, дают близкие значения величин диаметров отверстий и высоты кикроплицев в результате обработки дорнованием, но энергетически эти процессы не равнозначны. При определешш необходимой величины микрошлицов для разных материалов елодует учитывать требуемые для этого усилия дорновашш. Оормировашю самих микрошлицев не требуот дополнительных энергозатрат.

Анализ полученных значешй диаметров отверстий и микроалицев позволил провести систематизацию микрошлищших прессовых соединений в виде стандартных посадок по ГОСТ 25346-82. Наиболее близкой по получаемым размерам отверстий и микрошлицев является посадка Н9/а11.

Усилия дорповашя втулок при формировании прессовых соединений значительно меньше усилий дорновашш корпусов и носят дрямопропорциональный характер. Величина усилия от вдавливания 1Яшрошлицев в тело втулка незначительна. В момент ликвидации зазора "втулка-корпус" выявлен характерный изгиб на графиках зависимостей усилия дорноваппя от натяга дорнования для разных величин микрошлицев. Основной рост усилия наблюдается при вступлении во взаимодействие материала корпуса.

Размерная точность отверстий втулок минрошлицевых неподвижных соединений соответствует 9-8 квалитетам. Достигаемая точность зависит от натяга дорнования втулки при формировании прессового соединения. Увеличение натяга дорнования в

определенном диапазоне повил вот точность дорновашюго отверстия. Максимально достигаемая точность отверстия запрессованной втулки соответствует 7-му квалитету.

При запрессовке втулок в микрошлицевое отверстие происходит искажение макрогеометрии их отверстий. Дорнование отверстий втулок микроашщевых неподвижных соединений обеспечивает отклонение от круглости в пределах поля допуска 9 квалитета исследовашшх интервалов размеров. С увеличением натяга дорнования происходит уменьшение отклонешя от круглости отверстий запрессованных втулок.

Нецилиндричность получающихся отверстий втулок со значительным запасом вписывается в поле допуска отверстия 8-го квалитета точности. Лучшие показатели нещшшдричности отверстий нежели некруглости объясняются . тем, что многозубые дорны, используемые при формировании микрошлицевых неподвижных соединений, хорошо "выпрямляют" оси отверстий втулок.

Финишные операции растачивания или протягивания отверстий запрессованных втулок снижают отклонения от круглости до поля допуска 6-7 квалитетов точности. Рекомендуемый припуск на обработку отверстия втулки должен составлять не более 0.1...0.4 мм на сторону.

Дорнование втулок при получении неподвккных микрошлицевых соединений значительно улучшает параметры шероховатости их поверхностей. Уменьшаются в 4-6 раз высотные характеристики шероховатости. Снижается практически вдвое величина шага по вершинам и средней линии неровностей, значительно увеличивается опорная длина профиля. Остающиеся микронеровности имеют сглаженный характер.

За критерии оценки прочности соединений приняты величины усилия распрессовки и предельного крутящего момента,

недодаваемого соединением. У микрошлицевого проссового соединения превалирующим фактором иро'люсти является предельный крутящий.момент.

Пределышй крутящий момент, передаваемый микрошлицевым

прессовым соединением, на порядок и более превышает момент

*

стандартного соедашения, получешюго продольной запрессовкой втулки в корпус.

Способ обеспечивает существенное ( в 3-5 раз Увеличение прочности прессового соединения по параметру осевой распрессовют.

ПЯТАЯ ГЛАВА посвящена вопросам отработки и внедрения технологического процесса получения микрошлицевого прессового соединения.

Па разработанный технологический процесс получения микрошлицевых прессовых соединений выдано авторское свидетельство за N I25535I.

После проведения большого объема экспериментов на образцах он был апробировал при сборке верхних головок шатунов дизелей A-OI и A-4I. Номинальный диаметр микрошлицевого проссового соединения - 56 мм.

Предельный крутящий момент, передаваемый микрошлицевым прессовым соединением, в II,"9 раза превышает момент при обычной запрессовке с дорнованием запрессованной втулки. Способ обеспечивает увеличение прочности прессового соединения по" параметру осевой распрессовки в 3,3 рвза по сравнению с обычной запрессовкой.

С целью радикального повышения качества прессового соединения на заводе транспортного машиностроения внедрен технологический процесс получения микрошлицевого прессового соединения "втулка - шестерня ведомая отсасывающей ступени"

транспортного дизеля. Номинальный диаметр прессового соединения 22 км.

Испытания прочности полученного соединения подтвердили 8ф1ектншгасть процесса. Усилие распрессовки возросло в 3,4 раза, а минимальный момент проворота в 5,2 раза по сравнению с ранее применявшимся технологическим процессом.

Разработанный технологический процесс внедрен для получения микрошищового прессового соединения втулки и сателлита редуктора пускового двигателя дизелей Л01 и Л41. Сателлит нзготивлиЕпется из порошковой композиции на основе железа посредством холодного прессования с последующи спеканием. Втулке - на основе меди и графита, такке посредством холодного прессования и спекания. Номинальный диаметр стыка прессового соединения IV км.

Испытания подтвердили высокую эффективность разработанного технологического процесса применительно и к порошковым деталям. Усилие осевой распрессовки ■ возросло прцморпо в 4,2 раза, а момент проворота в 8,2 раза ко сравнен::::) с ранее применявшимся технологическим процессом запрессовк: втулки н сателлит. Внедрение разработанной технологии- только на двух деталях позволило получить экономический эффект 33,0 тыс. руб.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДУ

I. Впервые разработан способ,, соединения втулки с корпусной деталью с помощью микрошлицев, образующихся при дорновонии отверстия охватывающей детали дорном, имеющем продольные пазы ( авт. спид. 1255351 ). Качество прессового соединения по параметру момента проворота втулки, превышающее существующее в несколько раз, обеспечивается технологией, включающей слсдугххс

о

операции: дорновашю корпуса дорном, создпутдом

объемно-напряженное состояние корпуса и, одновременно, формирующим микрошлицц на контактной поверхности; установку втулки вкорпус с зазором; дорновашю втулки в корпусе.

2. На основании теоретического анализа напрлженно-деформировшшого состояния получены уравнения, позволяйте рассчитать: при дорновагши корпуса с одновременным формированием микрошлицев: радиус границы, разделяющей упругую и пластическую области; компоненты напряжений в очаге пластических дефомаций; контактное давлоште в зопо цилиндрической ленточки дорна; величины упругих и остаточных деформаций' по отверст™ дорнуемого корпуса; при дорновашш втулки, установленной в корпус: натяг дорноваштя, обеспечивающий перевод материала втулки в пластическое состояние; упругую деформацию по отверстию запрессованной втулки и величину контактного давления в стыке прессового соединения после дорнования.

' 3. Разработана физическая модель процесса формообразования микрошлицав при обработке дорновашем цилиндрического отверстия охватывающей детали дорном, имеющем продольные канавки.

Доказано,' что образование микрошлицев при дорновашш происходит па заборной части дорна, где имеет место упругий подпор внешних слоев материала корпуса.

4. На основании физической модели процесса разработана математическая модель формирования микроплицев при дорновашш, в основу которой полотен баланс сил взаимодействия на заборной части дорна и на . внутренней поверхности корпуса. Полученные зависимости позволят с помощь» компьютера проводить расчеты технологических параметров получения микрошлицев для конкретных деталей.

5. Доказано, что у микрошлщевого прессового соединения

превалирущим фактором прочности является предельный крутящий момент, для определения величины которого автором разработан способ испытания цшпшдрического прессового соединения на прочность при скручивании (авт. свид. N 1538083).

Исследованиями установлено, что предельный момент, передаваемый микрошлицевым прессовым соединением, на порядок и более превышает момент прессового соединения, полученного продольной запрессовкой втулкл.

6. Доказано, что экономически целесообразная размерпая точность отверстий втулок микрошлицевых неподвижных соединений соответствует 9-8 квалитетам точности. Увеличение натяга дорнования в определенном диапазоне повышает точность дорюванного отверстия. Максимально достижимая размерная точность отверстия запрессованной втулки может достичь 7-го квалитета.

7. Установлено, что при запрессовке ьтулок в микрошлицевое посадочное отверстие происходит искажение макрогеометр;ш их отверстий. Дорнование таких втулок обеспечивает достижение отклонения от круглости, соответствующего полю допуска 9-го квалитета точности исследованных интервалов размеров. Увеличение натяга дорнования обеспечивает уменьшение отклонения от круглости. Нецилиндричность получающихся отверстий втулок со значительным запасом вписывается в поле допуска 8-ю квалитета точности.

8. Финишные операции растачивания или калибрующего протягивания, совмещенного с операцией дорнования ( на способ и устройство для его осуществления автором получено положительное решение от 12.03.90 ) отверстий запрессованных втулкок снижают отклонение от :сруглостп до поля допуска 6-7 квалитетов точности. Рекомендуемый припуск ка обработку отверстия втулки

должен составлять 0.1 - 0.4 мм на сторону.

9. Дориованио втулок при получешш неподвижных микрошлицевых соединений позволяет обеспечить уменьшеше максимальной высоты микронеровностей в 3-5 раз, среднего арифметического отклонешя микронеровностей в 5-6 раз, шага по вершинам микронеровностей в 1,2-1,7 раза и шага по средней линии в 1,1-1,5 раза.

10. Предложено систематизировать шгкрошлицевые прессовые соединения в виде посадок по ГОСТ 25346-82. Наиболее подходящей по получаемым размерил отверстий и мшсрошлицев является посадка Н9/а11.

11. Техно логический процесс получеши микрошлицевых прессовых соединений апробировался в производственных условиях при сборке верхних головок шатунов дизелей А-01 и А-41, выпускаемых в производственном объединении "Алтайский моторный завод". Способ обеспечивает увеличение предельного крутящего момента, передаваемого разработанным прессовым соединением в 11,9 раза.

Во внедренном соединении "втулка-шестерня ведомая отсасывающей ступени" за счет применения способа получения микрошлицевых прессовых соединений, разработанных автором, усилие распрессовки возросло в 3,4 раза, а момент проворота в 5,2 раза по сравнена с ранее применявшимся технологическим процессом сборки.

В соединении "втулка-сателлит" редуктора пускового двигателя усилие осевой распрессовки возросло в 4,2 раза, а момент проворота в 8,2 раза по сравнению с ранее существовавши?.® параметра?«!.

12. Суммарный экспо.-.мчесгай эффект от внедрения технологического процесса получения микрошлицеБЫх неподвижных

соединений типа "корпус-втулка" на двух заводах составил 33,0 тис. рублей.

Научные положения и результаты исследовашгй по теме диссертации изложены в следущих публикациях:

1. Андреев Ю.В., Лесков С.П., Миндрул О.Б. Повышенно прочности прессовых соединений типа "корпус-втулка" дорнованием с использованием втулок из металлических порошков: Тез. докл. Всесоюз. конф.- Барнаул 1984. - С. 117-120.

2. Андреев Ю.В., Лесков С.П., Миндрул О.Б. Повышение прочности проссовых соодиношй! дорноватом: Тез. докл. Росп. конф. - Ташкент 1985. - С. 35-37.

3. Члстосердов П.С., Андреев Ю.В., Повышение несущей способности соединений типа "корпус-втулка" дорнованием: Тез. докл. науч. практ. конф. - Барнаул 1985. - С. 21-22.

4. А.с. 1255351 СССР, М. Кл. В 23 Р 11/02, 16 В 4/00. Способ соединения втулки с корпусной деталью. / Ю.В. Андреев, О.Б. Миндрул, Б.В. Сопов, С.П. Лесков (СССР) - Заявлено 30.08.84; Опубл. 07.09.86, Б.л. Изобретения. - 1986. -Н 33.

5. А.С. 1538083 СССР, М. Кл П 01 Ь 13/02, П 01 Д 3/00 Способ испытания цилиндрического прессового • сопряжения на прочность при скручивании / Ю.В. Андреев, С.П. Ласков, О.Б. Миндрул (СССР) - 4140166/24-10; Заявлено 29.07.86;Опубл. 21.01.90, Б.л.ТЗ //Открытия. Изобретения. - 1990. - N3

6. Чистосердов П.С., Андреев Ю.В. Технологическое обеспечение высокой точности геометрической формы отверстия втулки прессового соединения с микрошлицами // Изв. вузов, Машиностроение, 1986. - 9.- с. 130-133.

7. Андреев Ю.В., Миндрул О.Б. Технология повышения качества прессовых соединений дорнованием; Тез. докл. Всесоиз. научно техн. конф. - Брянск 1986. - С. 63.

• 0. Чистосердов П.С., Андреев a.D. Повышение качества прессового сосдннешш // Маглшостроитель. - 1387. - •!.- с. ¿3-29.

Г*. Чистосердов П.С.. Андреев D.D., Роговой D.M., Мивдрул О.П. ПОГ'шг91г.!в прочности np'jccodol'o соодиноннл т'улка-корнус /основанием отверстия втулки // Машиностроитель. - I9Q9. - 6. - С. 18-19.

ТО. Чистосердов П.С., Андреев D.D., РоговоЛ D.M., Млндрул О.Б. Определение требуемой г?ели;глш натяга при запрессовке втулок, изготовленных и" порошковых композиций // Порошковая металлургия. - 1989. - 9. - С. 80-82.

11. Краснов В.Д., Попов Г.В., Влемович И.А., Андреев D.B. Исследование напряженного состояния до и после дорновашш в прессовом соединении "корпус-втулка": Тез. докл. II Всосоюз. кокф.- Ленш1град 1990. - 0.37.

12. Чистосердов П.С., Апдреев Ю.В., Ыиндрул О.Б. Способ сборки деталей с обработкой отверстия втул.^: Тез. докл. Респ. Kosj).- Пошлев 1991. - С.47.

Заказ £3 тираж -/00 экз.

НПО АНИТИМ, Барнаул - 92