автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Технологическое повышение качества и производительности при обработке внутренних резьб в литейных алюминево-кремнистых сплавах

Государственный комитет РСФСР по делам науки и высшей школы

Брянским ордена „Знак Почета" институт транспортного машиностроения

На правах рукописи УДК 621. 993. 2 УШАКОВ Игорь Анатольевич

Технологическое повышение качества и производительности при обработке внутренних резьб в литейных алюминево-кремнистых

сплавах

Специальность 05. 02. 08—Технология машиностроения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Брянск—1991

Работа выполнена на кафедре „Металлорежущие станки 1 инструменты" Брянского ордена „Знак Почета" института трап' спортного машиностроения.

Научный руководитель—доктор технических наук,

профессор А. Г. СУСЛОВ

Официальные оппоненты—доктор технических наук,

Ведущее предприятие—производственное объединение

на заседании специализированного Совета К063. 28.01 в Брянском ордена „Знак Почета" институте транспортного машиностроения по адресу: 241035, г. Брянск, Бульвар ни. 50-летия Октября, д. 7.

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

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

Автореферат разослан

профессор В. М. Смелянскпй

кандидат технических наук, доцент А. И. Максимов

))

Брянский автомобильный завод1

Защита состоится

Ученый секретарь Специализированного Сове канд. техн. наук, доцент

В. П. Федоров

^ ^ ' ОБЩАЯ ХАРАКХЖМСТШ. РАБОТЫ

Актуальность тегян. Работа яосвяцена вопроса?.: технологического повышения качества и производительности при обработке внутренних резьб в литейных алЕМШшево-креглпютах сплава::.

Резьба является неотъемлемой частью современных шейк. Почти половина всех деталей имеет резьбу.

Надёжность резьбовых соединений во кногш обуславливается качеством изготовления внутренних резьб. Трудоемкость образования резьб от общего времени обработки деталей составляет 8... 10 п более процентов. Операции резьбонарезания выполняются в конце технологического процесса, когда себестоимость детатей я узлов высока и выход размеров за пределы допуска или поломка "датчиков вызывает больдае потери.

Высокопроизводительное получение качественных резьбовых поверхностей - сланная технологическая задача. Общей проблемой зуществующих процессов рез.эбсфорыировандя является достижение требуемой точности а шероховатости поверхности витков.

Анализ литературных данных показывает, что получение высококачественной резьбы с наибольпей производительности) в дета-шх лз литейных алштаиево-кремнистых сплавов вызывает болыш'е трудности как прй обработке резанием, так и при обработке холодам пластическим деформированием. •

Отсутствие единых научно-обоснованных рекомендаций не поз-золяет получать в производственных условиях заданные параметры сачества резьб, стабильность и производительность.

Доэтотду соверпенствование процесса получения внутренних >езьб в литейных алкминпево-кремннстых сплазах представляет со-5ой актуальную и своевременную задачу, от успешного решения которой зависит качество выпускаемых изделий. .

Работа выполнялась в соответствии с научно-технической [рограшой "Надёгносгь", утверцденной ГКНТ СССР л Президиумом Л СССР 7 мая 1987 г.

Цель работы. Цовьшение качества и производительности :ри обработке внутренних; резьб в литейных алштаиезо-крег.кис-'ых сплавах на основе разработки комплекса технических ресекий,

обоснованных анализом ж изучением особенностей взаимодействия инструмента и заготовка с учетом физических; её материала и воз-нпкгашвс напряжений в зоне- контакта.

Научная новизна. Впервые, учитывая физические свойства материалов, разработаны научно-обоснованные рекомендации по выбору методов обработка внутренних резьб в алзшниево-крешисшх сшга-зах. Получены теоретические уравнения для расчета исходного диаметра отверстия под обработку резьбы комбинированными метчиками, исходя из допусти,их зеличин пластических деформаций обрабатываемого материала.

Разработаны новые конструкции инструментов и методики их расчета. Установлена взаимосвязь ыегду технологическая факторами и параметрам качества резьб.

Практическая ценность. Полученные результаты исследования качества и производительности внутренних резьб в литейных алхмп-киево-креынисткх сплавах позволяют обеспечить точность нарезае-ш резьб в пределах 4Н5Н и среднеарифметическое отклонение профиля пероховатости ¡?а = 0,75...0,95 I. Производительность труда повышается на 20...40 %.

.Проведенные исследования позволяют такге обоснованно про- ' ектировггь инструмент, выбирать реаимн обработки, марки. СОТС и диаметр отверстия под резьбу. ' . " •

Реализации работы. Разработанная конструкция комбинирован:-.. щто метчика прошла производственные испытания и внедрена на Рославльскоы автоагрегатном заводе с-годовым экономическим, аффектом 4776 рублей. - ■

Автор защищает: ■ -. -

- теорию образования погрешностей при получении.внутренних резьб в литейных алишниево-кремнистых сплавах;

- научно-обоснованную целесообразность комбинированной обработки резьбы в литейных алшиниево-кремнистнх. сплавах;

. — теоретическое определение диаметра исходного отверстия, контактных напряжений, йил и деформаций при обработке внутренней резьбн комбинированным! метчикаъа;-^ - новые конструкции метчиков и методики их расчета; ; ' .

- технологии изготовления метчиков, обеспечивании* ■высокое ■

.-качество и производительность.

Апробзгшя. Основные положения диссертационной работы п её отдельных частой доложены, обсуадены и получили полсиительнуи оценку на научно-технически конференциях: Всесоюзных-- "Новие технологические процессы и оборудование для поверхностной пластической обработки материалов" (г. Брянск, 1986 г.), "Проблемы повышения качества, надежности и долговечности ыапин" (г.Брянск, 1920 г/); республиканских - "Высокоэффективное оборудование к технологические процессы упрочнения редувдх инструментов л деталей кашин" Сг.МогЕлев, 1990 г.); региональных - "Интенсификация процессов механической обработав и сборки в машиностроении" (г.Горький, 1988 г.), "Прогрессивные технологические процессы изготовления и сборки резьбовых соединений" Сг.Пенза, 1990 г.); областных - "Интенсификация производства и повышение качества изделий поверхностным пластическим деформированием" (г.Тольятти, 1989 г.); отраслеврм семинаре "Прогрессивные методы обработки резьбовых отверстий весокой точности" {г.Брянск, 1991 г.); профессорско-преподавательского состава Брянского института транспортного кашиносгроения в 1986...1991 г,г.; заседании технологической секции БИЕМд в 1991 г.

Дубликата. По теме диссертационной работы опубликовано . 8 дечатшсс работ.

Структура и объем работы.. Диссертация состоит аз введения, пяти разделов, заключения, списка литературы л црилссений. Основная часть работы излскена на <76 страницах машинописного текста, содерзшт 55 рисунков, и 6 таблиц. Список литературы содержит 116 наименований. Приложения включают: программы расчетов на ЗШ, акты внедрения разработок на про;,шшлен-ных предприятиях. Обций объем составляет 100 страниц.

. ОСНОВНОЕ ССЩЕШНШЗ РАБОТЫ • «

Во введении обоснована актуальность работы и сформулированы основные полозения, выносимые Еа защиту; приведена научная новизна и практическая ценность работы; апробация работы и публикация.

В первой главе дан краткий обзор и анализ основных методов получения внутренних резьб а инструментов для их осуществления. , • ----

Изучение и анализ современного состояния вопросов форг.шр! вания параметров качества внутренних резьб и производительное! показали, что нет комплексных исследовании по обработке резьб) в литейных атапшневочфемниегше сплавах с учетом их химичест состава л физико-механических свойств.

Анализируя состояние вопроса установлено, что получение высококачественной резьбы с наибслыдей производительность!) в деталях из литейных алшиниево-кремнистых сплавов вызывает бо. ше трудности как при обработке резанием, так и при обработке холодный пластическим деформированием. Поэтому возникает ыеоб: димость разработки новых способов обработка таких резьб.

Наиболее перспективным является ыетод получения внутренк резьб комбинированными редуцг-дефоршруапдаи метчиками. После-дозаний по вопросу получения внутренних резьб комбинированным метчиками в литературе очень шло. Нет исследований по контак1 нем капряяешшм и силам, возникавшим в процессе обработки, от сутствуют рекомендации по выбору диагетра исходного отверстия Нет сведений по определенна конструктивных и исполнительных размеров комбинированных метчиков. '

Ллн этого необходимо рейить следующие задачи:

1. Изучить особенности взаимодействия инструме1йа и зато товки при обработке внутренних резьб с. учетом свойстз материала, геометрии инструмента и возникающих напряжений в зоне контакта с далью научно-обоснованного выбора технологического метода обработки внутренних резьб в литейных ашлиниево-крем-нистых сплавах. - '

2. Провести теоретические и зкеперлг-ентальные исследовани по определению напряжений и сил, возникающих в зоне контакта и диаметра исходного отверстия при обработке резьбы комбиниро ванными метчиками.

3. Установить зависимости для расчета основных конструкта вых параметров и исполнительных размеров комбинированного мет члка.. - ,

4. Исследовать влияние Технологических факторов и геометр инструмента на качество резьбы для разных видов обработки.

5. Внедрить результаты исследований в производство и оден тегшшо-ааоноыпческув эффективность от использования полученных-' „результатов.

Во второй главе приводятся общая и частная методика проведения исследований. Программой предусмотрено проведение экспериментальных исследований влияния условий процесса образования внутренних резьб в литейных алшитево-кремнпстшс сплавах на их качество. Определялось влияние следующих факторов: диаметра исходного отверстия под резьбу Лисх , сыазочно-охлаядаюцей жидкости, скорости обработки и инструмента.

Для проведения экспериментов использовали метчики машинно-ручные с шахматным расположением зубьев для обработки лёгких сплавов по ГОСТ 17928-81, кетчикл бесструнечные машинно-ручные по ГОСТ 18829-80,ыетчикп комбинированные (релуще-деформируищие), конструкция которых разработана автором. -

Бое исследования проводились на образцах и деталях серийного производства из литейных алшиниево-яремнистнх сплавов АК13 и АЛ9. Так как внедрение•результатов проводили на деталях тормозной аппаратуры, а самой распространенной резьбой на эти* деталях является резьба ¡.122x1,5-€Н, то все исследования проводились на этой-рззьбе. • "■

В этой яе главе рассматриваются выбранное оборудование, приспособления и контрольно-измерительная .аппаратура. Исследования явлений, сопровождающих процесс обработки внутренних резьб в литейных алжшнязво-кремнлстых сплавах' осуществлялись на основании проведения одногаакторкнх экспериментов. Для описания (аппроксимации) частных, экспериментальных зависимостей были использованы линейная и степешшя функция. Обработка результа- , тоз экспериментов проводилась при помотчЯ методов математической статистики.

... с

В третьей главе .проведены теоретические доследования процесса формообразования внутренних резьб з литейных алшикиево-кремнистых сплавах комбинированными метчиками,

В результате анализа состояния вопроса появились предпосылки для разработки боле'е прогрессивной схеш формирования резьбы' применительно к условиям обработки резьб з деталях из литейных алшшиаво-креынлсткх сплавоз.

Для реализации более прогрессивной схеш была разработана конструкция комбинированного метчика (рис. I.). , Комбинированный метчик имеет кроме дефорпируззцпх выступов I реауцие выступы 2 на каждой пере. Это достигается за счет образования струпечных канавок на заборном конусе. При помощи

А* А

Спор, узь Архимеда

Pew/jit ¡ая wc/ль МдунДрующва часть

Рис. I

Конструкция комбинированного^ метчика

угла регулируется соотнопенде мезду величиной срезаемого Ар и деформируемого слоя Ад .

7гол £ определяется по уравнении»:

, (I)

где с! - нарукний диаметр инструмента, мм; Ыё - угол спада спирали Архимеда.

Величину деформируемого слоя мозно определить, исходя из свойств обрабатываемого материала. Коэффициент относительного

удлинения мсшю определить по зависимости

Рг-Г< ,

где Г,, ~ соответственно площадь витка до деформации и после, мм^.

Найдя значения пЛсцадей и.подстазив в формулу С1), получим зависимость для определения толпфшы деформируемого слоя

где ■ о - пирина'площадки-'на вершне витка, кгл; И', - глубина внедрения каадой грани, ш; -3 - коэффициент относительного удлинения. Одним из технологических факторов, который играет вааней-шуй роль при обработка резьЗы бесстругечкыми и комбинированными метчиками является диаметр'исходного отверстия под резьбу.

Диаметр отверстия под резьбу нояет быть определен по зависимости ..

+ (2А - ¿-2,25Р^о1)1?ис* - (с/-2л)г3исх - с!г(%с1- Р^а1-2с1г(Р^Ы-2аг * , ' -С^-2йУ(а,25Р-^о1+Ы-2л) (3)

где с!, с!г - соответственно нарудшй и средний диаметры

инструмента, мл; Х>, - внутренний диаметр резьбы, мм; р - паг резьбы, юл; с£ - угол профиля резьбы; Д — толцика деформируемого слоя, мм.

При обработке внутренней резьбы комбинированны1.ш метчиками возникают силы, которые оказывают влияние на величину крутящего момента, а такзе могут вызывать деформацию заготовки (особенно, когда резьбу обрабатывают в тонкостенных деталях). Поэтому в данном раздела репена такае задача по определении контактных напряжений и сил, действующих на заготовку.

Ра^альная сила от действия деформирующего выступа ксмбини-розашого метчика определяет!, я по формуле:

где ^, С}г , - величины средних контактных напрянений на-руяиоЗ, боковой и внутренней поверхностей; - коэффициент трения;

/г - высота профиля;

И, - увеличение епсотн профиля резьбы последующего выступг над предыдущим;

£ - величина упругих деформаций заготовки на вершине выступа;

О/ - величина упругих перемещений в радиальном направлены! заготовки в начале контакта;

¿1 - общая величина упругих деформаций профиля резьбы зап товки и инстру1.:ента;

С - плрина площадки аа вершине выступов; а - вирина плгацадки на внутреннем диаметре;

Апл~ стирана площадки на вершине выступа в продольном направлении; о^й - угол спада спирали Архимеда; £)„ - диаметр нарукний обрабатываемой заготовки. Тогда крутящий момент монно выразить через радиальн7Э силу следующим образом:

и _ Л (5)

Мхр---

"Для обеспечения условий получения полнопрофильной резьбы без пластической деформации стенки заготовки необходимо выполнить условие

- <5/77*7/ ^ <5 Т ,

где (ошах. г максимальное напряжение, в сечении кольца заготовка по нейтральной оси; бт - предел текучести материала заготовки. ' Для определения <3тах была получена следуюцая зависимость:

а,

777ОХ ~

Орр СО£ (и -Рыта*)+Орд СОЛ&'нтах г^п О) (РН* -Н)(С )

где С}рр, Орд

соответственно-, радиальные силы от действия релущего а деформирующего выступа; Нк - высота сечения кольца; А - высота профиля витка резьбы; СО - центральный угол мезду соседними силами; $ытах. ~ максимальный угол мелду точкой приложения радиальной силы а сечением для определения силы N

В данном разделе подучены зависимости для расчета исполнительных размеров и некоторых конструктивных параметров комбинированных метеков. Была также проведена оптимизация размеров и формы

канавок дяз подвода c¡.ía зочцо-охлаядавде£ явдкосих« -

Экспериментальные исследования подтвердили теоретические зависимости.

В четвертой главе приводятся результаты экспериментальных исследований. Результаты экспериментальных исследований подтвердила правильность основных теоретических полскений и выводов и показали достаточную сходи,гасть с результатами расчетов.

На основании проведенных исследований установлено, что наи-5олее оптимальным. методом обработки внутренней резьбы в литейных алк.!ИлЕево-крег,ш.стцх сплавах является обработка комбинированными датчиками.

Проведенные экспериментальные исследования позволили установить, что при обработке резьбы комбинированными метчиками среднее apí'4'иэтпчесЕое отклонение прочтя шероховатости боковых сторш-резьбы находится в пределах Ra - 0,7...0,95 щы; микротвердооть резьбового витка на 30...40 % вше, чем у нарезанной резьбы; глу-. ' бина упрочненного слоя 0,25...О,35 ш; усадка резьбы составляет 0,02...0,015 мм; крутягдай момент в 2,5 раза меньые, чем при раскатывании; наименьпая толцина стенки при обработке тонкостенных деталей равна шагу Р .

Были проведены также стойкостнкз испытания. Она проводились в производственных условиях. Испытания показали, что стойкость комбинированных метчиков з 1,5...1,7 раза вше, чем у регущего метчика и практически, соболи переточками такая se, как у бес-струиечного. ' , ' .

В пятой главе приводится разработка рекомендаций по реализации результатов'исследований в промышленности, их внедрении и расчету экономической объективности.

Подученные результаты исследований показали, чтр алеются значит сльшш резервы в технологическом повышении качества и производительности при обработке внутренних резьб в литейных алшиннево-гремнистых сплавах. • ,

Результаты исследований использованы при выполнении хоздоговорной научно-исследовательской работы с Рославльскиы автоагрегат-кым заводов (теш ¡i 915).

Внедрение комбинированных метчиков в условиях массового производства деталей тормозной аппаратуры для получения внутренней резьбы ;J22xI,5-6H в корпусе 100-3534040, изготавливаемом из

литейного алшшшево-крешнстшго сплава АК13 дозволило:

- повесить стойкость инструмента в 1,5 раза;

- добиться, стабильного обеспечения высокого качества внут-

- ренней резьбы; '

- сократить расход инструмента;

- уменьшить трудоемкость изготовления инструмента;

- получить ходовой экономический эффект при изготовлении корпуса около 4776 руб.

Эффективность работы подтверждается актом предприятия.

шзиа вывода - ' '

*

1. Учитывая физико-механические свойства литейных алшиниево-. кремнистых сплавов, наиболее. приехтешм способом получения

внутренних резьб является обработка комбинированным метчиком» . ■ • '•.'*' . ,

2. -На основании проведенных теоретдческих и экспериментальных • исследований особенностей процесса получения внутренних

резьб в литейздх алггдандеэо-хрешистых сплавах установлена взаимосвязь мезду ^ехзс^от^ескими факторами а параметрами качества резь<1. ' .

3. Теоретически устацовлевд л экспериментально подтверадены основные закономерности образования резьб в литейных алю-/шниево-яремнистих сплавах. Получены зависимости для опре-! деления ветчин контактах' напряжений по всему контуру

-, ре:;ьбово£о лрофзадз^, усилий, погрешности форма и диаметра ■ .исходного отверстия при обработке внутренне!! резьбн комбинированными метчнкаш. • ■

4. В результате экспо римактатннх исследований установлено, что при обработав резьбы комбинированными метчиками среднеарифметические отклонение профиля боковых сторон резьбы находится в пределах На - 0,7...0,95 шм; микротвердость резьбового витка на 30...40 % вьше, чей у нарезанной резьбы, глубина упрочненного слоя 0,25...0,35 мм; усадка резьбы составляет 0,015...0,020 мм; крутящий момент а

•2,5 раза меньше, чем при раскатывании; стойкость в 1,5... . " 1,7 раза выше, чем у реяуцих метчиков; наименьшая: толщина . стенки равна шагу р.

5. Внедрение результатов работы позволяло получить экономический сффект в су:.ке 4776 рублей.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Аццрейчиков О.С., Упаков H.A., Клевцов В.И. Техноло- • гическое обеспечение качества при получении резьб

в нержавеющей стали //Интенсификация процессов механической обработки и сборки в машиностроении. Тез.докл. регион.каучн.-техн.кснф,- Горький, I9S8.

2. Стеиков А.Е., Хандояко A.B., Упаков H.A. Обеспечение качества тдадксрезы овьгх соединений //Новы i техно*, о-гичесдпе процессы и тборудование Для поверхностной • ' пластической обработки материалов. Тез.докл. Всесоюз. научн.-гехн.кокф.- Брянск, К86,-

3. Стеиков А.Е., Ушаков H.A. Качество резьб при обработке комбинированными метчиками "Проблемы повышения качества, надежности ъ долговечности машин. Сб.научн. трудоь.- Брялск, IS89.

4. Уиаков H.A. 3jf>op диаметра отверстия при обработке внутренней рсв^бы рояуцо-дзформкруюцим инструментом //штенспфихацгл производства и повышение качества изделий поверхностным пластически:.: деформированием. Тез.докл.обл. научн.-техн.коп«.- Тольятти, IS89.

5. Ущаков Vi.к,- Внбор диагюгра отверстия при обработке вдутренпэй резьбы комбинированными мстчикаш //Проблемы повышения качества, надсааюс.ы и долговечности машин. Тез ¿докл. Бсес. паучи.-техн'.кокф. -Брянск, IS'JQ.

6. Упаков ¿i.A. Повышение качества поверхности при обработке внутренних резьб в сплавах .VKI3 //Технологическое повышение надежности и долговечности деталей ма-пш! и инструментов. Сб.научн.трудов1.-Брянск, ISbO.

7. Ушаков И.А. Обеспечение качества при обработке внутренней резьбы в литецг-нх алкшниево-кремкис-тых сплавах //Прогрессивные технологические процессы изготовления и сборки резьбовых соединений. Тез.докл. регион, научн.-техн.конф.-Пенза, IS90.

8. Уда!<ов И.А. Обработка внутренней резьбы в литейных алюшниево-крешистых сплавах релуще-дефбрмнру:-)-

. пдаш метчиками //Высокоэффективное оборудование и технологические процессы упрочнения ренущих инструментов и деталей машин.Тез.долл. респ. научн.-техн.конф.- Могилёв, I9SQ.