автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Повышение надежности работы метчиков при нарезании резьб в глухих отверстиях стальных деталей

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

Введение 2

Глава 1. Состояние изучаемой дисциплины. Цель и задачи исследования. 8

1.1. Анализ обрабатываемых деталей в машиностроении. 8

1.2. Анализ конструкций метчиков, используемых при нарезании крепежных отверстий. 14

1.3. Способы и методы совершенствования процесса нарезания резьб метчиками. 34

1.4. Цель и задачи исследования. 47

Глава 2. Теоретические основы механики процесса нарезания резьбы метчиками. 53

2.1. Кинематика резания. 53

2.2. Расчет силовых характеристик при нарезании резьб метчиками. 64

2.3. Влияние параметров стружки на стойкость (надежность работы) метчиков при реверсе. 73

2.4. Выводы по второй главе. 88

Глава 3. Методика экспериментального исследования надежности работы метчиков при нарезании резьб. 90

3.1. Стратегия проведения экспериментального исследования . 90

3.2. Выбор обрабатываемого материала. 91

3.3. Выбор режущего инструмента. 92

3.4. Метод определения режущих свойств метчика. 99

3.5. Методика полного факторного эксперимента при исследовании процесса нарезания резьбы метчиками. 101

3.6. Стенд для исследования крутящих моментов при нарезании резьб метчиками. 105

3.7. Измерение действующих моментов и сил при нарезании резьб метчиками. 109

Программой Правительства Российской Федерации «Структурная перестройка и экономический рост в 1997-2000 годах" были определены направления улучшения техническойктуры материального производства на основе замещения устаревших технологий и основных фондов современными, которые должны проводиться преимущественно силами отечественного машиностроения. Для выполнения этих задач предусматривалось осуществить ряд мер по реформированию предприятий и организации производства перспективных наукоемких изделий и машин.

Важное место в программе уделено восстановлению станкостроительной отрасли, которая, не являясь производителем конечной продукции для общественного потребления, играет первостепенную роль в развитии отраслей машиностроения и м^тадлоебработки, как база для оснащения этих отраслей промышленности средствами производства. Сохранение и развитие станкостроительного производства является одним из важных факторов обеспечения экономической базы страны.

В начале 2000 года Правительством Российской Федерации было принято Постановление "Реформирование и развитие станкостроительной и инструментальной промышленности России на период до 2005 года", в котором отмечается важнейшая роль российской станкоинструментальной промышленности, как основной фондообразующей отрасли, являющейся базой для достижения научно-технического прогресса и конкурентоспособности продукции промышленности.

Для выполнения этих задач, в связи с произошедшим в 19911997гг. спадом промышленного производства в станкоинструментальной промышленности России, намечено осуществление ряда мер по реформированию отрасли и организации производства перспективной наукоемкой продукции.

В парке металлорежущих станков определяющими являются две группы оборудования: автоматизированное и неавтоматизированное. В первую группу оборудования входят автоматические линии, обрабатывающие центры, станки с ЧПУ, автоматы и полуавтоматы. Доля этой группы в объеме выпуска металлорежущих станков составляет немногим больше 26%, в настоящее время, против 47% в 1992 году.

Рынок инструмента различного технологического назначения и средств измерения обслуживается предприятиями многих отраслей. В номенклатуру этой продукции включен инструмент металло- и деревообрабатывающий, абразивный, алмазный, инструмент из сверхтвердых материалов, а также исходные материалы для их изготовления, включая синтетические алмазы, порошки и т.п. В 1997 году общий спрос на инструмент различного технологического назначения, с учетом экспортно-импортных поставок, составил 910 млн. руб. против 3056 млн. руб. в 1991 году.

Целью стратегии реформирования станкостроения является удовлетворение потребности отечественной промышленности в прогрессивных видах оборудования и инструмента для повышения производительности труда, снижения энергетических, материальных и трудовых затрат в отраслях промышленности. Достижение сформулированной цели в реальных экономических условиях нашей страны возможно осуществить в два этапа.

На первом этапе, когда практически оживление производства не приведет к повышению спроса на технологическое оборудование в ближайшие 2-3 года, на машиностроительных предприятиях первоначально будет повышаться загрузка наличного парка оборудования. И только устойчивый подъем промышленного производства, прогнозируемый к

2005 году, потребует его обновления и модернизации на новом, более высоком техническом уровне, что и составит второй этап реализации программы развития отечественной промышленности.

Использование производственных мощностей в настоящее время невелико. Так, например, для транспортного машиностроения эти мощности используются лишь на 20-30%, в производстве автобусов на 54% и т.д. Таким образом, увеличение производства машиностроительной продукции на основе существующего парка оборудования за счет повышения коэффициента его использования является в настоящее время главной и важной задачей. Отсюда основные тенденции современного технического развития государства требует развитой собственной стан-коинструментальной промышленности, что позволит провести эффективную модернизацию технической базы производства в различных отраслях промышленности, обеспечить необходимую производительность труда и конкурентоспособность выпускаемой продукции, сэкономить материальные и трудовые затраты.

Специализация российских предприятий на протяжении многих лет складывалась на основе планирования выпуска машиностроительной продукции, причем, около 30% при этом приходилось на продукцию крупносерийного и массового производства. В соответствии с этим, парк оборудования формировался на основе высокопроизводительного, автоматизированного оборудования: автоматических линий, автоматов, полуавтоматов, специальных и специализированных станков, созданных на базе агрегатных узлов и механизмов. Для повышения производительности этих станков наладки их строились на основе концентрации операций и многошпиндельной обработки деталей.

По заявлению технических руководителей AMO ЗИЛ, среди перечня технологических проблем и задач, мешающих нормальному ритму работы предприятию и обеспечению высокого качества выпуску продукции, является проблема многошпиндельной резьбонарезной операции машинными метчиками при обработке глухих отверстий в стальных деталях (балка задней подвески, поворотный кулак и т.д.). По данным завода, примерно 80% отказов резьбонарезного оборудования происходит из-за поломок метчиков при реверсировании. При этом, если с простоем оборудования еще можно как-то смериться, поскольку в настоящее время программа выпуска автомобилей на заводе далека от массовой, то реальный риск от возможного брака или низкого качества изготовления деталей напрямую связан с экономическими показателями предприятия. Например, затраты, связанные с восстановлением качества деталей после поломок метчиков, 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., Никифоров А.Д., Писарский М.И., Подураев В.И., Шагун В.И., Трудов A.A., Комаров П.И., Гольфельд М.Х., Мирнов И.Я., Андрейчиков Щ.С., Яку-хин В.Г. и ряда других авторов. В их работах обобщен богатый опыт отечественных и зарубежных предприятий, научно-исследовательских центров, учебных университетов, отдельных ученых и новаторов производства в области использования различных способов и методов резьбо-образования. 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, вместе с тем, как отмечает проф. Матвеев В.В., среди множества видов резьбонарезных инструментов, метчики будут применяться в процессах обработки деталей дольше многих других режущих инструментов и поэтому вопросу совершенствования такого процесса резания будет уделяться внимание также долго.

Настоящая диссертационная работа посвящена совершенствованию процесса нарезания резьб метчиками при многошпиндельной обработке глухих отверстий в стальных деталях производства AMO ЗИЛ главным образом за счет обеспечения надежной работы специальных станков, встроенных в автоматические линии, путем исключения поломок метчиков.

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 в момент его выхода из резьбового отверстия, изучены не достаточно убедительно.

2. Подавляющая часть исследователей убеждены в том, что защемление метчика в конце процесса нарезания глухих резьб происходит из-за стружки, которая занимает пространство между дном отверстия и инструментом. Однако модели происходящего явления, кроме гипотезы "донной стружки" проф. Матвеева В.В., в настоящее время нет.

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

4. Самостоятельное большое научное и практическое значение имеют полученные выражения, характеризующие параметры резания, такие как: длина и объем металла, снимаемые одним зубом заборного конуса за проход; действительное время среза стружки единичной режущей кромкой метчика; производительность процесса нарезания резьбы, а также аналитическое выражение общего крутящего момента, возникающего в заборной части конуса при резании.

5 В работе на теоретическом уровне впервые показана взаимосвязь между формой и размерами, снимаемой режущей кромкой инструмента, стружки и действующим крутящим моментом. В качестве оценочного параметра по оптимизации размещения и плотности пакетирования стружек в канавках заборного конуса выбрано отношение средней окружности нарезаемой резьбы к вероятной длине окружности получаемых стружек. Это отношение выражено безразмерным коэффициентом т.

6 Полученные уравнения по расчету сил и действующим моментам впервые на достаточно высоком аналитическом уровне устанавливают связь между всеми основными параметрами, характеризующие процесс резания метчиками. Они показывают возможность управлять процессом резания, снижая действующие нагрузки за счет изменения режимных факторов или конструктивных параметров 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, предупреждающие возможную поломку метчиков при нарезании глухих резьб.

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

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

3. A.c. 483206, СССР, МКИ, B23G5/06, метчик.

4. A.c. 5220009, СССР, МКИ, B23G5/06, метчик.

5. A.c. 288519, СССР, МКИ, B23G5/06, метчик.

6. A.c. 621509, СССР, МКИ, B23G5/06, метчик.

7. A.c. 621509, СССР, МКИ, B23G5/06, метчик.

8. A.c. 1324785, СССР, МКИ, B23G5/06, метчик.

9. A.c. 1375310, СССР, МКИ, B23G5/06, метчик.

10. Барбашов Ф.А. Резьбофрезерные работы. М., В. школа, 1977, 224с,11 .Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов. VI., Маш-еЛ975, -342с.

11. Бурмистров Е.В., Лясковский И.Ф., Махов В.А. Нарезание наружной и внутренней резьбы по жаропрочным и высокопрочным материалам. Куйбышевское из-во, 1962, 85с.

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

13. Трудов A.A., Комаров П.Н. Высокопроизводительный резьбообра-зующий инструмент. М., НИИмаш, 1980, 64 с.

14. Трудов A.A. Влияние скорости резания и износа метчиков на крутящий момент. Станки и инструмент, 1983, №1, с. 13.

15. Трудов A.A. Исследование стойкости метчиков и точности нарезаемой резьбы. Дисс. на соискание ученой степени к.т.н. М., 1969, 181 с.

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

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

18. Горбунов A.A. Изготовление мелкоразмерной резьбы метчиками с воздействием ультразвука. М., Машиностроение, 1981.

19. Дерябин А.Л., Эстерзон М.,А. Технология изготовления деталей на станках с ЧПУ и в ГПС. М., Машиностроение, 1989, -288.

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

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

22. Зайчиков В.В. Исследование влияния технологических параметров на точность и качество резьбы, нарезаемой метчиками. Автореферат диссертации на соискание ученой степени к.т.н. Л. 1980.

23. Кальценсон М.Б. Высокопроизводительные конструкции метчиков и резьбонакатных инструментов. ЦИТЭИН, №9- 215/11, 1959.

24. Кудинов В.А. Динамика станков. М., Машиностроение, 1967, -259 с.

25. Клушин М.И., Аносов Г.В. Руководство по расчету режимов резания при одноинструментальной и многоинструментальной обработках на металлорежущих станках. Горький, 1964, 51с.

26. Кордыш Л.М., Аверьянов О.И., Брон A.M., Косовский В.Л., Ныс Д.А. Развитие многоцелевых сверлильно-фрезерно-расточных станков. М., НИИмаш, 1979, 70 с.

27. Лопухов В.П. Метчики, уменьшающие подрезание профиля обработки резьбы. Технология автомобилестроения. М., НИИТавтопром, 1982, №11.

28. Лопухов В. П. Метчики с режуще-выглаживающими зубьями. Станки и инструмент, 1986, №6, с.17.

29. Лопухов В.П. Новые конструкции метчиков для нарезания точных резьб. Станки и инструмент, 1975, №12, с. 16-17.

30. Ларин М.Н. К вопросу о методике производственных испытаний режущих инструментов. Вестник машиностроения, 1961, №7, с.66.

31. Матвеев В.В. Нарезание точных резьб. М., Машин-е, 1978,-88 с.

32. Матвеев В.В. Нарезание точных резьб. М., Маш-е, 1968, 116с.

33. Маталин A.A. Технология машиностроения. Л., Маш-е, 1985, 496с.

34. Мирнов И.Я., Панов В.Н. Затылование режущей части метчиков для нарезания точных резьб. Станки и инструмент, 1984, №4, с. 18-19.

35. Мирнов И.Я., Кузнецов В.П., Казаков И.В. Определение угла рабочего конуса выглаживающих элементов резьбообразующих инструментов. Станки и инструмент, 1984, №10, с.27-28.

36. Мирнов И.Я., Антипов O.A. Затылование режущей части метчиков для нарезания точных резьб. Станки и инструмент, 1984, № 4, с. 18-19.

37. Моисеев H.A. Исследование процесса нарезания внутренних резьб повышенной точности. Автореф. Дисс. на соискание ученой степени к.т.н. М., 1952.

38. Морозенко О.В. Особенности процесса нарезания резьбы метчиками в деталях из жаропрочных материалов. Вестник маш-я, 1958, №12, с.48.

39. Маслов E.H. Теория шлифования. М., Машиностроение, 1974, 320 с.

40. Металлорежущий инструмент. М., НИИМАШ, 1971, ч.З, 475 с.

41. Ничков. Резьбонарезные станки. М., Машиностроение, 1979, 144с.

42. Никитин А.И. Исследование процесса нарезания метчиками внутренней резьбы повышенной точности в сплавах типа силумин. Авторефератдиссертации на соискание ученой степени к.т.н. М.,1954.

43. Никитин Е.А., Трегубов Г.С. Нарезание резьбы с наложением ультразвука. Станки и инструмент, 1989, №4, с.30-31.

44. Пашко Н.М., Матвеев В.В. Причины низкой долговечности резьбонарезных патронов. В кн.Исследования в области технологии образования резьб, резьбообразующих инструментов, станков и методов контроля резьб. Тула, 1981, с. 100-106.

45. Пуш В.Э., Пигерт Р., Сосенкин В.А. Автоматические станочные системы. М., Машиностроение, 1982, 316с.

46. Патент РФ №2138373, 1999 г. Метчик для нарезания резьбы в глухих отверстиях.

47. Решетов Д.Н. Детали машин. М., Машиностроение, 1974, 320 с,

48. Соколовский И.А. Резание металлов. М., Машиностроение, 1963, 154с,

49. Семенченко И.И. Режущий инструмент. Конструирование и производство. НКМ СССР, М.,1938, C.676.

50. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.2/ Под ред. Ко-силовой А.Г., Мещерякова P.K. М., Машиностроение, 1985, 496с.

51. Таратынов О.В., Илларионов A.B., Бурцев C.B. Стабилизация обработки на автоматических линиях за счет управления формой и размерами снимаемой стружки. Сб. Научных трудов AMO ЗИЛ-МГИУ:

52. Производство, образование, наука и перспективы. М. МГИУ, 1998, с. 253-261.

53. Таратынов О.В., Аверьянов О.И., Толмачев С.А. Кинематический анализ процесса нарезания резьб метчиками. СТИН, №4, 1999, с. 1720.

54. Толмачев С.А. Теоретические основы нарезания резьбы метчиками. МГИУ, Межвузовский сборник научных трудов, М., 1999 г., с.13-18.

55. Taratynov O.V., Averjanov O.I., Tolmazev S.A. Kinematic tie analisis of tappins process. Russan Enqineerinq Research, vol.19, №4, pp76-78, 1999.

56. Таратынов О.В., Аверьянов О.И., Толмачев С.А. Анализ факторов, влияющих на надежность работы метчиков. СТИН, №8,1999, с.

57. Таратынов О.В., Аверьянов О.И., Толмачев С.А. Повышение надежности нарезания резьб метчиками за счет совершенствования их конструктивных параметров. Сб. научных трудов МГИУ. М., МГИУ, том 1, 1999, 0,5 п.л.

58. Taratynov O.V., Averjanov О.I., Tolmazev S.A. Structural, Technoloqical, Direktion. Providinq Endbrance. "Mechfiiical enqineerinq technoloqien 99", Sofia, 1999, 3s.

59. Таратынов О.В., Толмачев С.А., Щербак Е.Г. Расчет силовых характеристик при нарезании резьб метчиками. МГИУ, Межвузовский сборник научных трудов, М., 1999, с.67-71.

60. Таратынов О.В., Аверьянов О.И., Толмачев С.А. Повышение надежности нарезания резьб метчиками за счет совершенствование их конструктивных параметров. МГИУ, Межвузовский сборник научных трудов, М., 1999, с. 432-437.

61. Таратынов О.В., Вешнева В.Н., Кузнецов A.M. Применение полного факторного эксперимента при исследовании процесса суперфиниширования стали ШХ15 эльборовыми брусками. Вопросы судостроения, серия 3, "Судостроение", М., 1973, с.87-93.

62. Титов Г.И. Прочность металлорежущих инструментов. Свердловск,1. Машгиз, 1947, с.99.

63. Третьяков И.П. Проблема прочности металлорежущего инструмента и некоторые пути ее решения. М., Знание, 1953.

64. Ушаков Н.М. Анализ погрешностей при нарезании внутренней резьбы на резьбонарезных станках в условиях авиаприборостроения. Автореферат на соискание ученой степени к.т.н. 1949.

65. Шагун В.И. Влияние геометрических и конструктивных параметров машинных метчиков на размеры резьбы, нарезаемой в стали. В кн.: Резьбообразующий инструмент. М., 1968, с.151-158.

66. Шагун В.И. Влияние параметров машинных метчиков на шероховатость поверхностей нарезаемой ими резьбы. В кн.: Исследование в области технологии образования резьб, резьбообразующих инструментов, станков и методов контроля резьб. Тула, 1980, с.130-137.

67. Шагун В.И., Фельдштейн. Методика анализа точности внутреннихрезьб. Изв. Вузов. Машиностроение, 1964, №4, с.64-69.

68. Якухин В.Г. Оптимизация технологии изготовления резьб. М., Машиностроение, 1985, 184 с.

69. Якухин В.Г., Ставров В.А. Изготовление резьбы. Справочник. М., Машиностроение, 1989, 192с.

70. Выводы по третьей главе.115

71. Глава 4. Планирование и проведение экспериментальныхисследований.116

72. Исходная позиция при проведении экспериментального исследования.116

73. Экспериментальное исследование крутящего момента 116

74. Экспериментальное исследование влияния СОТС.121

75. Статистический анализ результатов экспериментальных исследований.125

76. Исследование влияния конструктивных и технологических параметров на характер срезаемой стружки. 128

77. Выводы по четвертой главе.133

78. Основные результаты и выводы.1341. Список литературы.136