Повышение эффективности накатывания резьб (04.10.2010)

Автор: Афонин Андрей Николаевич

АФОНИН АНДРЕЙ НИКОЛАЕВИЧ

Повышение эффективности НАКАТЫВАНИЯ РЕЗЬБ

Специальность 05.02.07 – Технология и оборудование механической

и физико-технической обработки

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Орел – 2010

Работа выполнена на кафедре «Технология машиностроения и конструкторско-технологическая информатика» ГОУ ВПО «Орловский государственный технический университет»

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Киричек Андрей Викторович;

Официальные оппоненты: Заслуж. деятель науки и техники РФ,

доктор технических наук, профессор

Бабичев Анатолий Прокофьевич;

доктор технических наук, профессор

Протасьев Виктор Борисович;

доктор технических наук, профессор

Албагачиев Али Юсупович

Ведущая организация: Открытое акционерное общество

«Роствертол» (г. Ростов-на-Дону)

Защита состоится « 17 » декабря 2010 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.182.06 при ГОУ ВПО «Орловский государственный технический университет».

по адресу 302020, г. Орел, Наугорское шоссе, 29, аудитория 212.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Орловский государственный технический университет»

Автореферат разослан "       "  2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Ю.В. Василенко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Значительная часть деталей, используемых в машино- и приборостроении, нефтегазовой промышленности, аэрокосмической и специальной технике, производстве товаров народного потребления, строительстве и других отраслях народного хозяйства содержит резьбы. Эксплуатационные характеристики данных деталей в существенной степени определяются качеством изготовления резьб. Существующие методы обработки резьб отличаются большим разнообразием. Большой вклад в разработку теории и практики обработки резьб внесли научные школы г. Москвы, Санкт-Петербурга, Брянска, Тулы, Челябинска. Из отечественной и мировой практики известно, что наиболее современным и перспективным способом получения резьб и профилей является высокопроизводительная обработка пластическим деформированием – накатывание. В работах А. Кепхарта, А.В. Киричека, И.В. Кудрявцева, В.В. Лапина, Э.П. Лугового, В.М. Меньшакова, Ю.А. Миропольского, Г.П. Мосталыгина, М.И. Писаревского, Ю.Г. Проскурякова, Э.В. Рыжова, Т.А. Султанова, А.И. Якушева, и многих других исследователей установлено, что накатанные резьбы имеют более высокую статическую и усталостную прочность. Однако, область применения этого прогрессивного метода в настоящее время ограничена.

Резьбонакатывание не нашло широкого применения в отечественной промышленности для изготовления как ходовых, так и крепежных резьб на ответственных тяжелонагруженных деталях, таких как ответственные болтовые соединения транспортной и строительной техники, ответственные соединения труб нефтяного сортамента и строительной арматуры. Одной из основных причин этого является то, что степень и глубина упрочнения, получаемые при накатывании резьб, часто являются недостаточными для ответственных тяжелонагруженных деталей. Повышение степени упрочнения может быть достигнуто путем применения труднообрабатываемых или предварительно упрочненных материалов. Однако, накатывание резьб на заготовках из подобных материалов практически не используется в отечественной промышленности вследствие малой стойкости инструмента и опасности разрушения витков накатываемой резьбы из-за исчерпания запаса пластичности. Накатывание не нашло широкого применения также для получения резьб со сложной криволинейной формой профиля (круглых, арочных, с замковым профилем и т.п.), крупных трапецеидальных и конических резьб. Одной из основных причин данных ограничений является отсутствие рекомендаций по выбору рациональных схем деформирования при формировании профиля резьбы. Выбор нерациональной схемы приводит к значительной неравномерности нагружения и повышенному износу резьбонакатного инструмента, возникновению значительных напряжений и накопленных деформаций, приводящих к разрушению накатываемой на заготовке резьбы.

Дальнейшее совершенствование технологии накатывания резьб и расширение области его применения сдерживается недостаточной изученностью процесса резьбонакатывания. Существующие рекомендации основаны в основном на эмпирических данных. В работах В.Г. Дейнеко, В.М. Меньшакова, М.И. Писаревского, Т.А. Султанова исследована кинематика процессов резьбонакатывания и точность накатывания резьбы. В трудах А.А. Грудова, П.Н. Комарова, А.В. Киричека, М.И. Писаревского, С. Чоудхари и В.Г. Якухина исследовалась площадь пятна контакта инструмента и заготовки при накатывании резьб. В трудах А.Ф. Кузьменко, Э.П. Лугового, Н.В. Соколова, Т.А. Султанова, К. Херольда проведена оценка контактных напряжений при накатывании резьб с использованием метода линий скольжения. Д. Домблески, Д. Мартин и Т. Савада моделировали накатывание резьбы методом конечных элементов. Однако, исследования носили фрагментарный характер и не привели к получению зависимостей, выявляющих характер влияния технологических параметров накатывания на напряженно-деформированное состояние инструмента и заготовки. Практически не исследовались скорости взаимного проскальзывания инструмента и заготовки, не изучено влияние погрешности резьбонакатного инструмента на накатывание резьбы.

Расширение области применения резьбонакатывания в первую очередь требует исследования силовых факторов процесса. Известно, что силы накатывания определяются мгновенной площадью пятна контакта и величиной контактных давлений. Контактные давления, в свою очередь, зависят от механических свойств материала заготовки и схемы деформирования. Несмотря на большое количество работ, посвященных классификации способов накатывания резьб, схемам деформирования при резьбонакатывании не уделялось достаточного внимания. Практика в данной области опередила теорию, в промышленности применяется несколько различных схем деформирования при накатывании резьбы.

Выбор рациональной схемы деформирования для накатывания конкретного профиля резьбы представляет собой достаточно сложную задачу. Локальная пластическая деформация при накатывании резьб и профилей носит сложный, объемный характер. Технологические процессы накатывания резьб и профилей невозможно в полной мере отнести ни к объемному, ни к поверхностному пластическому деформированию (ППД), так как хотя пластической деформации подвергается лишь поверхностный слой деформируемого тела, однако при этом имеет место существенное изменение его формы путем образования на поверхности периодически повторяющихся или единичных выступов и впадин. В связи с этим, процессы поверхностного пластического формоизменения занимают промежуточное положение между ППД и объемной обработкой давлением (поперечно-винтовой или поперечно-клиновой прокаткой, валковой штамповкой и т.п.).

Из существующих теоретических методов для исследования пластической деформации широко применяется теория пластичности. В связи со сложным, объемным характером пластической деформации при поверхностном пластическом формоизменении точное решение уравнений теории пластичности затруднительно. Наиболее перспективно моделирование полей напряжений и деформаций численными методами, в частности методом конечных элементов (МКЭ).

Значительная глубина упрочнения может быть достигнута статико-импульсной обработкой (СИО), предложенной А.В. Киричеком, А.Г. Лазуткиным и Д.Л. Соловьевым. СИО осуществляется в условиях сочетания периодического динамического и постоянного статического воз действия деформирующего инструмента на обрабатываемую поверхность. Динамическое (ударное) воздействие позволяет создавать большие напряжения в пятне контакта инструмента и заготовки при сравнительно небольшой затраченной мощности, а статический поджим способствует более эффективной передаче ударного импульса в очаг деформации. обрабатываемую поверхность. Важной особенностью СИО является возможность формирования гетерогенно упрочненного поверхностного слоя. Чередование более твердых участков с более вязкими способствует торможению микротрещин и повышению усталостной прочности материала. Надежные теоретические методики выбора режимов СИО резьб и профилей отсутствуют.

Цель работы: повышение эффективности и расширение области применения резьбонакатывания для получения ответственных тяжелонагруженных резьб на заготовках из труднообрабатываемых материалов, резьб с криволинейным профилем и крупным шагом, крупных конических резьб конструкторско-технологическими методами, основанными на стабилизации мгновенной площади пятна контакта, анализе напряженно-деформированного состояния сопряженных областей инструмента и заготовки, выборе рациональных схем деформирования.

Достижение поставленной цели требует решения следующих задач:

1. создание комплекса моделей процессов поверхностного пластического формообразования;

2. проверка адекватности теоретических моделей натурным экспериментом;

3. оценка связи износа инструмента с мгновенной площадью пятна контакта инструмента и заготовки;

4. установление закономерностей влияния геометрии инструмента и заготовки, текущих и накопленных радиальных обжатий на форму и размеры пятна контакта;


загрузка...