Проектирование внутренних протяжек с учетом параметров эксплуатации и восстановления тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.03.01, кандидат технических наук Куприянова, Ольга Павловна

• Куприянова, Ольга Павловна
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Куприянова, Ольга Павловна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ РАБОТ В ОБЛАСТИ

ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОТЯЖНОГО ИНСТРУМЕНТА.

1.1.Обзор работ в области исследования точности операции протягивания.

1.2.Обзор работ в области исследования напряженнодеформированного состояния зубьев протяжки.

1.3 Анализ методов оценки стойкости и возможности увеличения срока службы протяжек.

1 АВыводы по обзору.

1.5. Цель и задачи исследования.

ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРИЧИННО-СЛЕДСТВЕННЫХ ВЗАИМОСВЯЗЕЙ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ЭКСПЛУАТАЦИИ И ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПРОТЯЖЕК.

2.1. Моделирование системы параметров элементов технологической системы протягивания, влияющих на параметры обработанной поверхности.

2.2. Формирование модели образования погрешности при внутреннем протягивании.

2.3. Моделирование эффективности операции протягивания.

2.4.Выводы по главе.

ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО

ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ПРОТЯЖКИ.

3.1.Обоснование выбора начальных и граничных условий для расчета погрешности операции протягивания.

3.2. Основные положения метода конечных элементов для решения двумерной задачи упругости.

3.3.Формирование расчетной схемы оценки напряженнодеформированного состояния зуба протяжки.

3.4. Выводы по главе.

ГЛАВА 4. АНАЛИТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯМ ПРОТЯЖКИ.

4.1. Аналитические исследования упругих перемещений элементов режущей кромки зубьев.

4.2. Аналитические исследования напряжений в теле зубьев протяжки.

4.3 Экспериментальные исследования.

4.4 Выводы по главе.

ГЛАВА 5. АНАЛИТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

ВЛИЯНИЯ ИЗМЕНЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЗУБЬЕВ ПРИ ПЕРЕТОЧКЕ НА ПОГРЕШНОСТЬ ОПЕРАЦИИ ПРОТЯГИВАНИЯ.

5.1 Исследование влияние параметров профиля зуба на величину критерия затупления.

5.2 Методика расчета величин стачивания с передних поверхностей зубьев протяжек.

5.3 Методика расчета параметров чистовой и калибрующей частей протяжки.

5.4.Выводы по главе.

ГЛАВА 6. МЕТОДИКА РАСЧЕТА КРУГЛОЙ ПРОТЯЖКИ С УЧЕТОМ ПАРАМЕТРОВ ЭКСПЛУАТАЦИИ И

ВОССТАНОВЛЕНИЯ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Проектирование внутренних протяжек с учетом параметров эксплуатации и восстановления»

Актуальной задачей современного производства является внедрение и использование эффективных производственных процессов, позволяющих обеспечить высокое качество обработки при обеспечении заданной производительности и себестоимости. Одним из эффективных производственных процессов резания отверстий является протягивание, обеспечивающее высокую точность (по 7-6 квалитетам) и малую шероховатость обработки (Яа = 1,25-^2,5 мкм), при производительности выше, чем при сверлении, зенкеровании и развертывании отверстий в 10-^15 раз. В условиях рыночной экономики и жесткой конкуренции недостаточно спроектировать и поставить на рынок какую-либо конструкцию режущего инструмента. Необходимо чтобы для каждой спроектированной конструкции инструмента была разработана система параметров эксплуатации и восстановления режущих свойств вследствие потери работоспособности в результате износа режущих кромок.

Параметры эксплуатации протяжки можно считать определенными при заданных величинах скорости резания V и подъемов на зуб Протяжка -сложный по конструкции инструмент, объединяющий черновую, чистовую и калибрующую части, каждая из которых характеризуется своими конструктивными и геометрическими параметрами и работает в определенном диапазоне подъемов на зуб, следствием чего является неравномерность изнашивания их режущих кромок. Скорость резания при протягивании ограничивается точностью и качеством обработки, а так же стойкостью инструмента, которые в свою очередь зависят от величины подъема на зуб.

Параметры восстановления внутренней протяжки однозначно характеризуются величинами стачивания с передних поверхностей черновых тчр, чистовых тчс и калибрующих тк зубьев и количеством допустимых переточек п. Количество допустимых переточек ограничивается длиной спинки зуба и минимально допустимым диаметром зубьев, уменьшающихся вследствие переточек. Величины стачивания с передних поверхностей зубьев зависят от износа режущих кромок, а, следовательно, и подъемов на зуб.

Таким образом, параметры эксплуатации и восстановления протяжки и у, т и п) взаимосвязаны и не определяются однозначно. В большинстве методик проектирования основные параметры протяжки: шаг зубьев t и подъем на зуб зависящие от большого количества факторов, выбираются первоначально, учитывая один-два фактора, имеющие наиболее решающее значение, например степень заполнения стружечной канавки и количество одновременно работающих зубьев. Затем значения А и 5г проверяются на соответствие остальным требованиям - прочности, жесткости и так далее, если требования не удовлетворяются, необходимо корректировать значения I и & и повторить расчет. Но даже если положительное решение будет найдено, существующие методики не обеспечивают выбор параметров эксплуатации и восстановления, влияющие на срок службы протяжки.

Протяжка — металлоемкий, дорогостоящий инструмент, поэтому при ее эксплуатации необходимо предусмотреть возможно большее количество восстановлений работоспособности, продлевающих срок службы инструмента. Увеличение срока службы протяжки позволяет сократить расход инструмента на партию деталей и уменьшить себестоимость операции протягивания. Поэтому задача увеличения срока службы протяжки является актуальной.

Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка литературы из 92 наименований и пяти приложений.

Заключение диссертации по теме «Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки», Куприянова, Ольга Павловна

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1.Анализ литературных данных и опыта промышленного применения протяжек показал, что параметры профиля зубьев, эксплуатации и восстановления взаимосвязаны и не определяются однозначно. Существующие методики проектирования основаны на расчете и выборе отдельных параметров профиля зубьев и не учитывают параметры эксплуатации и восстановления, влияющие на срок службы протяжки. Поэтому возникла необходимость установления взаимосвязей параметров профиля зубьев с параметрами эксплуатации и восстановления как основы методики проектирования внутренних протяжек.

2.Установлено, что параметры эксплуатации и восстановления протяжки следует определять с учетом допустимой силы резания; степени заполнения стружечной канавки, целесообразных ее размеров, учитывающих запас на переточку; жесткости и прочности инструмента, его технологичности; плавности работы протяжки, устойчивого базирование на ней заготовки; использования смазочно-охлаждающей жидкости; заданных точности и качества обработки; срока службы инструмента.

3 .Разработана математическая модель оценки напряженно-деформированного состояния протяжки при проектировании, учитывающая влияние параметров черновых, чистовых и калибрующих зубьев на погрешность обработки и количество восстановлений инструмента.

4.Программная реализация математической модели показала ее работоспособность и возможность использования для оценки вариантов конструкций протяжек при проектировании, позволила обеспечить наглядность результатов в виде картин распределения перемещений и напряжений по профилю зубьев.

5.Численные эксперименты с использованием математической модели позволили:

-обосновать величину допустимого стачивания с передних поверхностей внутренних протяжек в пределах 0,76;

-ограничить величину подъема на зуб до 0,3 мм;

-обосновать уменьшение высоты профиля до 0,35/, увеличение радиусов скругления дна стружечной канавки до 0,6И и спинки зуба до 0,8/ с целью повышения жесткости чистовых и калибрующих зубьев новой протяжки и уменьшения разбивки протянутого отверстия;

-выявить резервы увеличения передних углов до 20-25° у переточенных чистовых и калибрующих зубьев с целью снижения их жесткости и компенсации уменьшения диаметров при восстановлениях.

6. Предложенные аналитические зависимости для определения величин стачивания с передних поверхностей зубьев, позволяют предотвратить увеличение подъемов переточенных зубьев, обеспечивая заданные точность и качество протягивания.

7.Предложенные рекомендации по изменению параметров профиля зубьев и назначению параметров эксплуатации и восстановления протяжек позволяют увеличить срок службы инструмента в 1,25-1,4 раза, сократить расход инструмента на партию деталей до 20%, уменьшить себестоимость операции протягивания на 25-30%.

8.Разработанная методика выбора параметров профиля зубьев, эксплуатации и восстановления обеспечивает проектирование внутренних протяжек с увеличенным сроком службы.

9.Результаты диссертационной работы, представленные в виде методики и практических рекомендаций по проектированию внутренних протяжек, используются на ЗАО "ЕЗСК" (г.Егорьевск) и ОАО «Егорьевский завод «Комсомолец» (г.Егорьевск), а также в учебном процессе кафедры «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств» Егорьевского технологического института филиала ГОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН».

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Куприянова, Ольга Павловна, 2005 год

1. Аваков А А. Физические основы теории стойкости режущих инструментов.-М.:Машгиз,1960. 308с.

2. Апин JI.P. Точность обработки при внутреннем протягивании //В сб. Протяжной инструмента.- Челябинск, 4.1, 1969, с.3-17.

3. Апин Л.Р., Чижевский A.B. Зависимость рассеивания размеров от жесткости детали при обработке отверстий протягиванием 7/ В сб. Вопросы точности протягивания. Рига: РПИ, 1967.- с.31-41.

4. Апин JI.P., Кочетков Я.П. Радиальные деформации детали и фактическая толщина срезаемой стружки при работе одним зубом протяжки. // В сб. Вопросы точности протягивания.- Рига: РПИ, 1969, стр. 9-16.

5. Апин JI.P., Кочетков Я.П. Рассеивание по величине радиальных деформаций при внутреннем протягивании // В сб. Вопросы точности протягивания. — Рига: РПИ, 1969.- с. 17-21.

6. Ашихмин В.Н. Протягивание.-М. Машиностроение, 1981. 142с.

7. Баклунов Е.Д. Протяжки. Конструкция, технология изготовления и эксплуатация.-М.:Машгиз,1960. 167с.

8. Балакшин Б.С. Основы технологии машиностроения. М.: Машиностроение, 1969, 559 с.

9. Белов B.C., Пикус М.Ю., Савченко В.К. Влияние геометрической неточности протяжного станка на точность обработки // В сб. Материалов 1 Всесоюзной научно-технической конференции.- Минск: Вышейшая школа, 1976, с. 101-103

10. Ю.Берлинер М.С. Исследование вопросов резания при протягивании. //Обработка металлов резанием. -М.:ВНИИМАШ, 1938.

11. П.Бурштейн И.Е., Мануйлов Л.К., Черников С.С. Протягивание. М.: Машгиз, 1947.

12. Вакурова В. А. Автоматизация расчета многогранных протяжек.//Автоматизация расчетов металлорежущего инструмента с помощью ЭВМ. Челябинск: ЧПИД984. -15-18с.

13. Ведмедовский В. А. Исследование вопроса возникновения наращивания и разрушения нароста при протягивании. // В кн.: Вопросы точности протягивания.- Рига: Рижский политехнический институт, 1969. -с.35-56.

14. Н.Воложенин С. А. Увеличение ресурса круглых протяжек из инструментальной стали: Дис. .канд.техн.наук.- Тула, 1989.

15. Горецкая З.Д. Исследование и расчет протяжек с большими подъемами на зуб: Дис. .канд.техн.наук.- М.,1962.

16. Горецкая З.Д. Протягивание с большими подачами.- М.: Машгиз,1960. 204с.

17. Грановский Г.И. О методике измерения критерия износа режущих инструментов. //Вестник машиностроения. 1963. - N9. - с.51-55.

18. Грановский Г.И. Расчет и конструирование протяжек.- М.: МВТУ, 1947.

19. Грановский Г.И., Грановский В.Г. Резание металлов.- М.: Высш.шк.,1985.-304с.

20. О.Грановский Г.И. Обработка результатов экспериментальных исследований резания металлов.- М.: Машиностроение, 1982. 112с.

21. Единые нормативные материалы по расчету режимов резания и конструктивных элементов различных типов протяжного инструмента.- М.: ВНИИТЭМР,1986. -92с.

22. Е Му Цзен Экспериментально-теоретическое исследование прочности протяжек с учетом концентрации внутренних напряжений: Дис. . канд.техн.наук.- M., 1960.

23. Еремин Б.Ф. Протягивание.- М.: Машгиз,1950. 325с.

24. Кацев П.Г. Протяжные работы.- М.: Машиностроение, 1985.225с.

25. Кацев П.Г. Протягивание глубоких отверстий.- М.: Оборонгиз,1957. 280с.

26. Кириллов А.К. Повышение работоспособности протяжного инструмента из быстрорежущей стали путем комплексной поверхностной обработки: Дис. канд.техн.наук.-Москва, 1989.

27. Кован В.М. Основы технологии машиностроения. М.: Машгиз, 1959.-494 с.

28. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. Пер. с англ.- М.: Наука,1970. -932с.

29. Корсаков B.C. Точность механической обработки . М.: Машгиз, 1961,379 с.

30. Кочетков Ю.А. Исследование прочностных характеристик зубьев протяжек: Дис. .канд.техн.наук.- М.,1982.

31. Кочетков Я.П. Обеспечение точности при протягивании. М.: Машиностроение, 1979. - 78с.

32. Кочетков Я.П., Кочетков Ю.А. Осевые деформации зубьев круглой протяжки при врезании в заготовку. // Станки и инструмент, № 4, 1971, стр. 38-40.

33. Кочетков Я.П., Кочетков Ю.А. Деформации зубьев круглой протяжки в радиальном направлении. //Станки и инструмент, № 10, 1972, стр. 20-23.

34. Кочетков Я.П., Кочетков Ю.А. Осевые деформации зубьев круглой протяжки при резании. // Станки и инструменты. 1976, № в.- с.7-9.

35. Кочетков Я.П., Кочетков Ю.А. Исследование режущей кромки зуба протяжки в процессе резания. //Станки и инструмент, № 6, 1976, стр. 28-30.

36. Крутякова М.В. Повышение эффективности протягивания на основе оптимизации конструкции инструмента путем математического моделирования: Дис. .канд.техн.наук.- М.,2004.

37. Кудинов Е.И., Неумоин А.Ф. К вопросу проектирования чистовой части круглых протяжек. // Автомобильная промышленность.- 1971. -N9. -с.6-8.

38. Кудинов Е.И. Развитие методов проектирования круглых протяжек: Дис. .канд.техн.наук. Горький, 1972.

39. Левенберг Е.М. Исследование процесса резания и усилий, возникающих при протягивании стали и чугуна круглыми протяжками: Дис. .канд.техн.наук. Харьков, 1939.

40. Лукина C.B., Седов Б.Е., Гречишников B.A. Повышение эффективности протяжного инструмента на основе математического моделирования. //Вестник машиностроения.- 1997.№2.- с.23-26.

41. Лукина C.B., Седов Б.Е., Гречишников В.А., Косов М.Г. Исследование напряженно-деформированного состояния зубьев круглых протяжек численным методом конечных элементов. // Вестник машиностроения.- 1997. №3.- с.22-24.

42. Лукина C.B., Макаров В.М., Крутякова М.В. Исследование деформаций зубьев круглых протяжек методом конечных элементов // СТИН.- 2005. -№5.~ с. 11-14.

43. Лукина C.B., Макаров В.М., Калинин Д.О. Методика расчета сравнительной себестоимости и производительности операции протягивания // СТИН.- 2005. -№3. с.29-31.

44. Мамаев И.И. Комплексная оптимизация параметров режущего инструмента. // Станки и инструмент,- 1991. -№2. с.8-10.

45. Маргулис Д.К. Проектирование протяжек переменного резания по методу равной стойкости. М.: ЦБТИ, 1961. 42с.

46. Маргулис Д.К. Протяжки переменного резания. Москва-Свердловск : Машгиз, 1962. - 269с.

47. Маргулис Д.К. Высокопроизводительное протягивание. М.: Машгиз, 1965. - 348с.

48. Маргулис Д.К., Залесов A.A., Плеханов С.А., Протягивание и протяжки переменного резания, Огиз-Челябгиз, 1948.

49. Маргулис Д.К., Синицын В.И. Повышение эксплуатационной надежности протяжек для обработки отверстий в высокопрочных сталях.// В сб. «Рациональная эксплуатация высокопроизводительного режущего инструмента". М., МДНТП, 1972.

50. Маргулис Д.К., Черненко А.Ф., Гаврилкина JI.H. Состояние эксплуатации шлицевых протяжек.// Прогрессивная технология чистовой и отделочной обработки. Челябинск: ЧПИ, 1980. - с.45-46.

51. Маталин A.A. Точность механической обработки и проектирование технологических процессов. Д.: Машиностроение, 1970, 319 с.

52. Матвеев В.В. Теоретические основы проектирования мерных инструментов для обработки точных внутренних поверхностей. //В сб. Протяжной инструмент.- Челябинск, 4.1, 1969, с.144-153.

53. Михеева JI.A. Протягивание. М.: ЦБТИ, 1953. - 122с.

54. Михеева JI.A. Исследование стойкостных и силовых зависимостей процесса протягивания: Дис. .канд.техн.наук. М., 1962.5 9.Общемашиностроительные нормативы резания и времени на протяжные работы. М.: Машгиз, 1959. - 48с.

55. Повышение точности вертикальных станков для наружного и внутреннего протягивания. Труды ЭНИМС, вып. 2, М., 1971.

56. Пронкин Н.Ф. Протягивание жаропрочных и титановых материалов.- М.: Оборонгиз, 1958. 150с.

57. Протяжки для обработки отверстий / Д.К. Маргулис, М.М.Тверской, В.Н. Ашихмин и др. М.: Машиностроение, 1986. -232с.

58. Сажин В.П. Исследование точности и микрогеометрии протянутых отверстий на деталях из стали. М.: НИИТавтопром, 1960. - 122 с.

59. Саркисян Э Г. Повышение эффективности шлицевых протяжек путем совершенствования и разработки новых способов конструкторско-технологического обеспечения их исполнительных параметров: Дис. .канд.техн.наук. Москва, 1998.

60. Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов. Пер. с англ.- М.: Мир, 1979. 392с.

61. Семенченко И.И., Матюшин В.Н., Сахаров Г.Н. Проектирование металлорежущих инструментов. -М.: Машгиз, 1962. 952с.

62. Сергиенко В. А., Незабытовский К.П. Протягивание. М.Свердловск: Машгиз, 1955.- 164 с.

63. Синицын В.И. Исследование процесса протягивания отверстий в деталях из закаленных сталей. Автореферат кандидатской диссертации. Челябинск, ЧПИ, 1976, 24 с.

64. Справочник инструментальщика / И.А. Ординарцев, Г.В.Филиппов, А.Н. Шевченко и др.; Под общ. ред. И.А.Ординарцева. Л.Машиностроение. Ленинградское отделение, 1987. - 863с.

65. Справочник технолога машиностроителя. В 2-х т. Т.1 / Под ред. А.Г.Косиловой и Р.К.Мещерякова. - М.: Машиностроение, 1985. - 748с.

66. Тарасевич Ю.С. Влияние различных факторов на усилие резания и чистоту обработанной поверхности при протягивании цилиндрических поверхностей. ЛАРИНГ, 1941.

67. Туляков И.Н. Повышение эффективности операции протягивания на основе экспериментально аналитического метода их оптимизации: Дис. .канд.техн.наук. - Андропов, 1990.

68. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. М.: Наука, 1979.560с.

69. Черненко А.Ф. Выбор параметров профиля чистовых зубьев протяжек. //Станки и инструмент.- 1988.-N12. с12-14.

70. Чижевский A.B., Вальковский К.А. Определение суммарной погрешности при протягивании отверстий. //Станки и инструмент, № 9, 1968.

71. Щеголев В.А. Конструирование протяжек. М.: Машгиз, 1960.352с.

72. Щеголев В.А. Вопросы теории обработки металлов режущими протяжками: Дис. .канд.техн.наук.- Ленинград, 1954.- 352 с.

73. Ятманов И.И. Влияние конструктивных параметров зубьев на работоспособность протяжного инструмента. // Повышение эффективности обработки металлов резанием. М.: Машиностроение, 1978.

74. Ятманов И.И. Исследование конструктивных параметров зубьев многолезвийных инструментов: Дис. .канд.техн.наук. М., 1979.

75. Ahmad М.М., Derricott R.T., Draper W.A. A photoclastic analysis of the stresses in double rake cutting tools. //Int. J. Machin Tools Manufacturing.-1989.-v.29. -N2. p. 185-195.

76. Ahmad M.M., Derricott R.T., Draper W.A. An application of fint method to prediction of cutting tool portormance . //Int. J. Machin Tools Manufacturing.-1989.- v.29. -N3. p. 197-206.

77. Handbuch der Fertigungstechnik /Herausgegeben von Prof. Dr.-Ing. Gunter Spur und Prof. Dr.- Ing. Theodor Stoferle : Carl Hanser Verlag München Wien. 1980.-687 p.

78. Lauffer H.-J. Automatisierung der Verschleisserfassung mit Hilfe eines1. Bild

79. Verarbeitungssystems am Beispiel Aussenraumwerkzeug. // Werkstattstechnik. 1989. - N79. - s.316-318.

80. Лукина C.B., Куприянова О.П. Исследование напряженно-деформированного состояния зубьев круглой протяжки при переточке // В сб. трудов 5-го Международного конгресса «Конструкторско-технологическая информатика» КТИ-2005.- М.: МГТУ «СТАНКИН», 2005. с.

81. Куприянова О.П. Методика расчета параметров чистовой и калибрующей частей круглой протяжки // В сб. трудов 5-го Международного конгресса «Конструкторско-технологическая информатика» КТИ-2005.- М.: МГТУ «СТАНКИН», 2005. с.