автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Повышение надежности работы метчиков при нарезании резьб в глухих отверстиях конструкционно-технологическими методами

Введение

Глава 1. Состояние изучаемой проблемы. Цель и задачи исследования

1.1. Основные проблемы процесса нарезания резьбы метчиками

1.2. Анализ влияния технологической системы на процент поломок метчиков

1.2.1. Модель технологической системы

1.2.2. Анализ резьбонарезного оборудования в 16 машиностроении

1.2.3. Анализ технологической оснастки для нарезания резьбы

1.2.4. Анализ обрабатываемых деталей при резьбонарезании

1.3. Анализ конструкций метчиков, используемых при нарезании резьбы в глухих отверстиях

1.3.1. Общие положения о резьбонарезании

1.3.2. Нарезание резьбы метчиками

1.3.3. Конструктивные элементы машинных метчиков

1.3.4. Эксплуатационные характеристики процесса нарезания резьб метчиками

1.4. Прогрессивные конструкции метчиков для совершенствования процесса нарезания резьб метчиками

1.4.1. Направления исследований

1.4.2. Качество резьб, обработанных режущими метчиками

1.4.3. Надежность работы режущих метчиков

1.5. Цель и задачи исследования

Глава 2. Теоретические основы системы резьбонарезания метчиками

2.1. Теоретические основы образования резьбы метчиком

2.2. Механика резьбонарезания

2.3. Кинематика резьбонарезания

2.4. Взаимосвязь жесткости метчика и крутящего момента

2.5. Выводы по второй главе

Глава 3. Построение математической модели и обеспечение экспериментальных исследований надежности работы метчиков при нарезании резьбы

3.1. Выбор оптимальной модели экспериментальных 87 исследований

3.2. Метод планирования эксперимента путем крутого восхождения

3.3. Исследуемый режущий инструмент

3.4. Опытные образцы детали

3.5. Контроль износа режущих кромок метчика и трещинообразования в области щелевидных прорезей

3.6. Установка для исследования крутящих моментов и ее эксплуатация при резьбонарезании метчиками улучшенной конструкции

3.7. Выводы по третьей главе

Глава 4. Планирование и проведение экспериментальных 115 исследований

4.1. Начальные положения экспериментального исследования

4.2. Экспериментальное исследование крутящего момента

4.3. Поиск оптимума варьируемых параметров по линии крутого восхождения

4.4. Статистический анализ результатов экспериментальных исследований

4.5. Рекомендации для дальнейших исследований

4.6. Выводы к четвертой главе 129 Основные выводы 130 Список литературы

В «Концепции промышленной политики» на основе анализа сложившегося положения в промышленности были определены стратегические приоритеты и основные методы развития ее позитивных изменений. На основе положений и «Концепции промышленной политики», которая была одобрена Правительством РФ и поддержана Президентом России, в рамках Программы социально-экономического развития Российской Федерации на 2002-2004 гг. разрабатываются государственная промышленная политика и стратегии развития важнейших отраслей.

Основной целью государственной промышленной политики является создание условий для стабилизации, повышения эффективности производства и конкурентоспособности отечественной продукции, наращивания промышленного производства.

В соответствии с переченем 52-х видов критических технологий Минпромнауки РФ конкретизировало задачи перед станкоинструментальной промышленностью, определив повышение надежности выполнения технологических операций среди главных направлений развития металлообработки.

Усовершенствование и, если необходимо, специализация обрабатывающего инструмента являются оптимальным разрешением проблемы повышения надежности выполнения технологических операций. Такой способ решения не требует больших денежных вложений и занимает минимальное время по сравнению с внедрениями других решений, что подтверждается и статистическими данными.

Актуальность работы. Ознакомление с опытом работы предприятий приборо- и машиностроения показывает, что одним из «узких» мест в технологии обработки деталей является машинное резьбонарезание. По данным завода АМО ЗИЛ примерно 80% всей массы отказов при нарезании резьбы происходит из-за поломок метчиков при реверсировании, и как следствие, это влечет за собой возникновение брака и простой автоматизированного 4 оборудования. Поскольку резьбонарезание является одной из последних, «отделочных», операций по обработке деталей (особенно корпусных), то надежность работы резьбонарезного инструмента напрямую связана с экономическими показателями предприятия в целом. Это объясняется тем, что поломка и заклинивание приводит к появлению неисправимого брака, так как выжигание метчиков и восстановление качества деталей — очень дорогостоящие операции, затраты на которые соизмеримы с затратами изготовления деталей до операции нарезания резьбы.

Вопросу совершенствования технологических процессов формирования резьбы посвящено немало работ таких ученых как: Басов М.И., Дейнеко В.Г., Семенченко И.И., Загурский В.И., Матвеев В.В., Зорев Н.Н., Таратынов О.В., Аверьянов О.И., Никифоров А.Д., Писарский М.И., Подураев В.И., Ша-гун В.И., Грудов А.А., Комаров П.И., Гольфельд М.Х., Мирнов И.Я., Анд-рейчиков Щ.С., Можин Н.А., Якухин В.Г. и ряда других авторов. Существует большое количество запатентованных решений проблемы обеспечения и повышения надежности работы метчиков, получены положительные результаты при обработке точных резьб, изучены различные факторы, влияющие на процесс формообразования резьб, разработаны математические модели и экспериментальные методики изучения и раскрытия физической сути рассматриваемой технологической операции, но все они являются частными решениями с заданными краевыми условиями. Наименее освещенным является вопрос однопроходного резьбонарезания в глухих отверстиях метчиками малых диаметров. Поэтому вопросу совершенствования процесса резьбонарезания должно уделяться надлежащее внимание.

Настоящая работа посвящена актуальной проблеме - совершенствованию процесса нарезания резьб конструкторско-технологическими методами с целью повышения надежности работы метчиков.

Целью диссертационной работы является обеспечение надежной работы металлорежущего оборудования при многошпиндельном нарезании резьб в сквозных и глухих отверстиях автомобильной промышленности за счет совершенствования механики нарезания резьб метчиками.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- на основе общего кинематического анализа движения метчика определить основные параметры, характеризующие механику изучаемого процесса;

- определить взаимосвязь геометрических параметров заборной части метчика с объемом металла, снимаемого единичным зубом;

- оценить взаимосвязь жесткости метчика и крутящего момента с учетом влияния крутильных колебаний;

- провести серию экспериментов по методике их планирования с целью уточнения теоретических положений работы;

- дать конструктивные и технологические рекомендации для устранения причин поломок метчиков при нарезании резьб в глухих отверстиях.

Методы исследования. Результаты работы получены на основе использования классических методов теории резания, математического и статистического анализа, основ математической теории экспериментов. Проверка достоверности полученных результатов проводилась на основе базовых экспериментов, выполненных в лаборатории кафедры МГИУ и производственных условиях.

Научная новизна:

- дано математическое описание осевой составляющей силы резания с учетом типа резьбы и крутящего момента при нарезании резьб метчиком;

- на теоретическом уровне доказано влияние жесткости метчика на величину крутящего момента при резьборезании и разработан математический аппарат управления динамической жесткостью с целью снижения крутящего момента.

Практическая ценность: полученные результаты исследования рекомендованы для практического использования в производственных условиях

АМО ЗИЛ. Изученная механика возникновения причин поломок при реверсе 6 метчиков дает возможность сузить область научно-исследовательских и кон-структорско-технологических работ по совершенствованию процесса нарезания резьб метчиками. Дополнительно предложены конструкции магнитост-рикционного патрона и метчика со стружколомом в качестве перспективных частных решений проблемы повышения надежности работы метчиков путем управления процессом стружкообразования.

Основные результаты и положения, выносимые на защиту. •

- аналитическое представление о кинематике процесса нарезания резьбы метчиками;

- математическая модель системы инструмент-заготовка с раскрытием физической сути надежности работы рассматриваемого процесса резания;

- методика экспериментального исследования процесса резания с учетом специфики обработки глухих (закрытых) геометрических форм деталей;

- практические рекомендации по повышению надежности работы метчиков и пути дальнейшего совершенствования процесса в целом.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и списка использованной литературы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Проведенный анализ известных на сегодня научно-исследовательских работ по проблеме нарезания резьб метчиками свидетельствует о том, что причины, приводящие к поломке инструмента при прямом резании и реверсе, изучены недостаточно.

2. Подавляющая часть исследователей убеждена в том, что защемление метчиков при их выворачивании из глухих отверстий происходит из-за стружки, занимающей пространство между дном отверстия и инструментом. Однако модели происходящего явления, кроме гипотезы «донной стружки» проф. Матвеева В.В., в настоящее время нет.

3. В настоящей работе с целью раскрытия особенности процесса нарезания резьб метчиками в глухих отверстиях рассмотрена аналитическая картина кинематики процесса, благодаря которой удалось связать между собой практически все известные параметры конструктивно-технологического характера и доказать справедливость работ, проведенных ранее другими авторами по направлению совершенствования конструкций метчиков.

4. Самостоятельное большое научно-практическое значение имеют полученные выражения, характеризующие параметры резания, такие как: объем металла, снимаемый одним зубом заборного конуса за проход; универсальное выражение для определения осевой составляющей силы резания для любого трапе-циидального профиля резьбы; аналитическое выражение для крутящего момента, возникающего в заборной части конуса при резании, а также конкретные математические выражения, дающие возможность оценить взаимосвязь жесткости метчика и динамического крутящего момента.

5. Полученные уравнения по расчету сил и действующих моментов на достаточно высоком аналитическом уровне устанавливают связь между всеми основными параметрами, характеризующие процесс резания метчиками. Они предоставляют возможность управления процессом резания, снижая действующие нагрузки за счет изменения режимных факторов или конструктивных параметров заборного конуса.

6. На теоретическом уровне впервые показана взаимосвязь геометрических параметров заборной части метчика с объемом стружки, снимаемой единичным зубом. Доказано, что варьируемые параметры вносимых конструктивных изменений (прорезей) напрямую зависят от величины угла заборного конуса.

7. Проведенное экспериментальное исследование подтвердило справедливость теоретических положений о возникновении причин, вызывающих поломку метчиков при нарезании резьб в глухих отверстиях.

8. Предложены практические рекомендации конструктивного характера, позволяющие снизить влияние склеивания стружки (и обрабатываемого материала) с резьбообразующим зубом на надежность работы метчиков в вязких материалах и предупреждающие возможные заклинивания и поломки метчиков при реверсе из-за попадания стружки под заднюю поверхность зуба в глухих отверстиях.

1. Аверьянов О.И. Модульный принцип построения станков с ЧПУ. М.: Машиностроение, 1987, 232 с.

2. Андрейчиков О.С., Стешков А.С., Максимов А.И. Метчик для чистовой упрочняющей обработки резьб с крупным шагом. Станки и инструмент, 1986, №10, с. 23.

3. Ас. 483206, СССР, МКИ, B23G5/06, метчик.

4. А.с. 5220009, СССР, МКИ, B23G5/06, метчик.

5. А.с. 288519, СССР, МКИ, B23G5/06, метчик.

6. А.с. 621509, СССР, МКИ, B23G5/06, метчик.

7. А.с. 621509, СССР, МКИ, B23G5/06, метчик.

8. Ас. 1324785, СССР, МКИ, B23G5/06, метчик.

9. А.с/1375310, СССР, МКИ, B23G5/06, метчик.

10. Барбашов Ф.А. Резьбофрезерные работы. М.: Высшая школа, 1977,224 с.

11. Болыпов Л.Н., Смирнов Н.В. Таблицы математической статистики. М.: Наука, 1965 г.

12. Бурмистров Е.В., Лясковский И.Ф., Махов В.А. Нарезание наружной и внутренней резьбы по жаропрочным и высокопрочным материалам. Куйбышевское изд., 1962,85 с.

13. Васильев Д.Т. Высокопроизводительный метод нарезания точных резьб. Станки и инструмент, 1944 г., №2, с. 30-34.

14. Васин С.А., Верещака А.С., Кушнер B.C. Резание материалов: Термомеханический подход к системе взаимосвязей при резании. М.: МГТУ им. Баумана, 2001 г., 448 с.

15. Гирель А.М. Автоматизация нарезания резьб комплектом метчиков во вращающемся магнитном поле. М.: НИИмаш, 1978,58 с.

16. Грановский Г.И. Стойкостные испытания автоматных гаечных метчиков. Отчет МММИ им. Баумана, М.: 1939,85 с.

17. Грановский Г.И Металлорежущий инструмент. М.: Машгиз, 1954 г.

18. Грудов А.А., Комаров П.Н. Высокопроизводительный резьбообразующий инструмент. М.: НИИМАШ, 1980,62 с.

19. Грудов А.А. Влияние скорости резания и износа метчиков на крутящий момент. СТИН, 1983, №1, с. 13.

20. Горбунов А.А. Изготовление мелкоразмерной резьбы метчиками с воздействием ультразвука. М.: Машиностроение, 1981 г.

21. Дерябин A.JL, Эстерзон М.А. Технология изготовления деталей на станках с ЧПУ и в ГПС. М.: Машиностроение, 1989, 288 с.

22. Драгун А.П. Режущий инструмент. Л.: Лениздат, 1986,217 с.

23. Даниэлян А.И. и др. Обработка резанием жаропрочных сталей, сплавов и тугоплавких материалов. М.: Машиностроение, 1965 г., 308 с.

24. Евстегнеева О.Н. Исследование способов снижения влияния причин поломок метчиков при работе в глухих отверстиях. Сб. статей. Пенза: II Всероссийская научно-практическая конференция «Инновации в машиностроении», 2002, с. 144-146.

25. Евстегнеева О.Н. Обеспечение надежности резьбонарезания метчиком в глухих отверстиях. Межвузовский сборник научных трудов «Технология, экономика и организация производства технических систем». М.: МГИУ, 2003, с. 12-18.

26. Зайчиков В.В., Жарков И.Г., Маркушин В.М. Теоретическое исследование вибраций при нарезании метчиками. Межвуз. сб.: Обработка высокопрочных сталей и сплавов инструментами из сверхтвердых и синтетических материалов. Куйбышев, КУАИ, 1980, с. 74-79.

27. Зайчиков В.В. Исследование влияния технологических параметров на точность и качество резьбы, нарезаемой метчиками. Автореферат дис29,30,31,32,3334,35