Резцы (гребенки), имеющие наибольшее применение, и резьбонакатные головки с роликами к ним, как один из самых перспективных и производительных видов инструмента

Вид материала

Литература

Содержание Расчет сил при накатывании резьб С—величина, постоянная для данных условий. Аналогично может быть выражена тангенциальная сила Р Нв.н для каждого витка по фактическим перепадам высот витков роликов и величина внедрения калибрующих витков Н Нвыд хорошо согласуются между собой. При определении величины выдавливания Н Нвнк рассчитывается из условия равенства площадей F Sк. В дальнейшем предполагается установить зависимость, в которой это произведение будет заменено S Расчет роликов к резьбонакатным головкам Dр—наружный диаметр ролика, мм; D 1 — в момент накатывания; 2 Pср = (3,5—4) Ơт—удельное среднее давление, МПа; Е— Р— шаг накатываемой резьбы, мм; Δ F=φ(Hвн). Деформируемой площади от величины H Hвн подъема каждого витка из зависимости F=φ(H

Подобный материал:

• Заключение, 110.93kb.
• Театр один из самых древних видов зрелищного искусства. Его история насчитывает более, 47.73kb.
• Краска один из самых необходимых материалов при ремонте. Ее окрашивают стены, потолки,, 644.37kb.
• Методика проектирования инструмента. Содержание рабочего чертежа на него. Формы, геометрия, 172.74kb.
• А, роста и продуктивности нетрадиционных видов птицы представляет собой одну их интересных, 493.97kb.
• А. А. Эрли Красноярский государственный педагогический университет им. В. П. Астафьева,, 64.58kb.
• Задачи: познакомить с краткой историей возникновения инструмента; рассказать о самых, 92.97kb.
• Московский международный дом музыки концерты декабря, 72.69kb.
• Рекомендации для расчета режущего инструмента при выполнении дипломного и курсового, 204.72kb.
• Е. Ю. Захарова применение инструмента факторинга в процессе обновления парка воздушныхсудов, 42.04kb.

с фиксацией после перемещения гайкой 24.

При работе головку, установленную на поперечном суппорте автомата, от кулачка подают на вращающуюся заготовку. При совпадении оси резьбонакатных роликов с осью заготовки головка быстро отводится назад в исходное положение.

Простота конструкции и технологичность изготовления головки—преимущества ее по сравнению с тангенциальными головками с синхронным вращением резьбонакатных роликов.





Недостатки головки:

1) небольшой диапазон диаметров накатываемых резьб из-за наличия в конструкции эксцентриковых осей. что увеличивает номенклатуру головок по сравнению с существующими тангенциальными головками с синхронным вращением роликов.

2) нестабильность накатывания резьб с точностью выше седьмой степени при шероховатости профиля R_а≥1,25 мкм.

РАСЧЕТ СИЛ ПРИ НАКАТЫВАНИИ РЕЗЬБ

Силы при накатывании резьб и их распределение по отдельным виткам роликов и роликам—основные факторы, определяющие конструктивные размеры отдельных узлов резьбонакатных головок и работоспособность роликов.

Однако до настоящего времени не были установлены общие основные параметры процесса накатывания резьб, определяющие нагрузки на ролики, и их влияние на силы, возникающие при накатывании.

Проведенные эксперименты выявили влияние на силы при накатывании только отдельных частных факторов, как, например, шаг резьбы, диаметр роликов и т. д., причем изменяющихся в узких диапазонах [19, 28].

Такие исследования носят ограниченный характер, и рекомендации оказываются неправомочными при изменении условий накатывания, например, диаметра ролика или заготовки, длины заборной и калибрующей частей ролика и др.

Исследованиями ВНИИ установлены основные параметры процесса накатывания и их влияние на возникающие силы при различных условиях эксплуатации.

За основные параметры процесса накатывания, определяющие нагрузку на отдельные витки роликов и ролики в целом, приняты •средняя толщина выдавливаемого слоя а_ср, приходящаяся на периметр контакта 1ц витков заборной части ролика с заготовкой в плоскости, проходящей через ось заготовки, площадь контакта S_к витков ролика и периметр контакта l_п.к витков калибрующей части ролика.

Тогда в общем виде зависимость радиальной силы Р_р, возникающей при накатывании, может быть выражена зависимостью



где х, у, и z—степени влияния соответствующих параметров;

С—величина, постоянная для данных условий.

Аналогично может быть выражена тангенциальная сила Р_т.

Средняя толщина выдавливаемого слоя



где F—площадь выдавливаемого слоя в плоскости контакта.


Площадь контакта второго и всех последующих витков ролика



где l_к—длина дуги контакта,

Для первого витка



Значения площадей контакта, рассчитанные по этим формулам, превышают фактические площади на 3—7% в зависимости от диаметров ролика D_р и заготовки D_з и величины внедрения витков Н_в.н что не оказывает практического влияния на величину определяемых сил.

Подставив значения а_ср и S_к в уравнение (5) получим в общем виде следующую зависимость:



Среднее значение силы, действующей на ролик:



где f, l_к.з, l_п.к —средние значения параметров процесса накатывния, относящиеся к одному ролику;

f—выдавливаемая площадь, мм²;

l_п.з, l_к.з —периметр и длина дуги контакта витков заборной части, мм;

l_п.к — периметр контакта витков калибрующей части, мм.

Произведение l_п.з l_к.з не является средней контактной площадью, а лишь косвенно ее характеризует. Результаты экспериментов и математический вывод зависимостей показали целесообразность использования в качестве одного из основных параметров процесса накатывания такого произведения, что не исключает возможность замены его на площадь контакта.

В схемах для расчета параметров F, l_п. и l_к. (рис. 21) выдавливаемая площадь и периметр контакта зависят от величины внедрения витков ролика и их формы, а длина дуги контакта—от величины внедрения и диаметров ролика и заготовки.

В зависимости (6) степени влияния х, у и z и постоянная С определяются экспериментальным путем. Для расчета средних значений параметров f, l_п.з, l_к.з, l_п.к предварительно определяются параметры F, l_п. и l_к для каждого витка роликов и находится их сумма. При этом учитывается, что каждый виток роликов, за исключением первого вступающего в работу витка, воздействует и на металл, выдавленный предыдущими витками (рис, 22).

В табл. 7 приведены основные формулы и коэффициенты для определения параметров процесса накатывания приминительно к резьбам: трапецеидальной однозаходнойпоГОСТ 9484—73, трубной цилиндрической по ГОСТ 6357—73 и резьбы насосно-компрессорных труб и муфт по ГОСТ 633—63 (при Н_в.н≥Н_R для F и l_п).





Рис. 21. Схема для расчета: а - длины дуги контакта; б — выдавливаемой площади и периметре контакта


Длина дуги контакта (см. рис. 22) определяется по формуле



Угол γ определяется из зависимости



где



Методика расчета значений основных параметров процесса накатывания состоит из следующих этапов.

1. Определение полной (накопленной) величины внедрения Н_в.н для каждого витка по фактическим перепадам высот витков роликов и величина внедрения калибрующих витков Н_внк в заготовку от ее диаметра;




где h_i —перепад между вершинами калибрующего и рассматриваемого витка,

2. Определение фактической величины внедрения h_вн.







Рис. 22. Совмещенное расположение витков и выдавливаемая ими площадь. Индексами 1, i-1, i обозначены порядковые номера витков


Таблица 7




Продолжение





3. Определение величины выдавливания Н_выд, которая устанавливается из условий постоянства объема до и после деформации.

Для удобства расчетов произведена замена объема на площадь, что для практических случаев накатывания головками обусловливает погрешность в величине Н_выд не более 3%:



Формулы для определения F_i и значения коэффициентов А и В приведены в таблице.

Расчетные и экспериментальные величины Н_выд хорошо согласуются между собой.

При определении величины выдавливания Н_выдк калибрующего витка в формулу подставляются значения Н_внк и F_к.

При определении F_к в формулы F=f(Н_вн) для витка с радиусной вершиной и F_к=φ(Н_вн) для витка с плоскосрезанной вершиной (см. табл. 7) подставляются значения H_вн=H_внк.

Значение Н_внк рассчитывается из условия равенства площадей F_к и F_выд до и после деформации, что обеспечивается при H´_внк =t´—H_вдк, где t´=t+Δt- наибольшая высота профиля накатываемой резьбы, мм; t —номинальная высота профиля резьбы, мм;

Δt —половина нижнего отклонения на внутренний диаметр резьбы, мм.

4. Определение полной (накопленной) величины внедрения Н_вн.ф с учетом металла, выдавленного предыдущими витками:



5. Определение общей (накопленной) площади деформации F, нарастающей от витка к витку (см. табл. 7) путем подстановки значений Н_вн.ф.

6. Определение условной величины H´_вн.ф от внедрения данного витка:



7. Определение условной величины F´ путем подстановки значений H´_вн.ф.

8. Расчет фактической площади, деформируемой одним витком:



9. Расчет периметра контакта l_п путем подстановки значений H_вн.ф.

10. Расчет длины дуги контакта l_к [см, формулу (7)], причем значение х определяется по фактической величине внедрения h_вн.

В результате экспериментов при накатывании резьбы на стали 45 твердостью НВ 190—212 получена следующая зависимость:



где f/l_п.з—средняя толщина деформируемого слоя.


Зависимость (9) получена при накатывании наружной трапецеидальной резьбы с шагом 5, 6, 8 и 10 мм с использованием заготовок роликов D_з=140÷112 мм и D_р =80÷130 мм, что обусловило следующие параметры процесса накатывания: f/l_п.з =0,05÷0,25 мм, l_п.з=6÷20 мм, l_к.з=5÷10 мм, l_п.к = 10÷56 мм.

Расчетное значение сил с достаточной для практики точностью согласуется с экспериментальными данными.

Полученная зависимость отличается универсальностью и позволяет определять значения сил независимо от типа и шага накатываемой резьбы, диаметров роликов и заготовки и различий в конструктивных параметрах резьбовых витков роликов.

С помощью этой формулы может быть проверена, в частности, оптимальность создаваемых конструкций роликов.

Значение тангенциальной силы по экспериментальным данным составляет 0,12—0,15Рр.

Анализ полученной зависимости показывает, что с уменьшением толщины выдавливаемого слоя, произведение периметра и длины дуги контакта витков заборной части и периметра контакта витков калибрующей части силы при накатывании уменьшаются. Оптимальность конструкций отдельных витков роликов и роликов в целом может быть оценена по величинам параметров процесса накатывания, которые они обусловливают. В частности, оптимальное количество витков на калибрующей части роликов n_к=2.

В установленной зависимости произведение l_п.з l_к.з косвенно характеризует площадь контакта S_к.

В дальнейшем предполагается установить зависимость, в которой это произведение будет заменено Sк.

Таблица 8




Установленная зависимость действительна при накатывании резьб в конструкционной углеродистой стали твердостью НВ 183—201.

При изменении твердости необходимо пользоваться поправочными коэффициентами (табл. 8), установленными из условий пропорциональной зависимости величин сил от твердости.

РАСЧЕТ РОЛИКОВ К РЕЗЬБОНАКАТНЫМ ГОЛОВКАМ

В большинстве рассмотренных конструкций резьбонакатных головок (типов ВНГН, ГУР, РНГМ и др.) перемещение роликов к оси и от оси заготовки осуществляется с помощью эксцентрикового устройства. Диаметр роликов при этом должен быть выбран таким образом, чтобы обеспечить надежную работу механизма раскрытия и минимально необходимый зазор между роликами и деталью при отводе головки.

Зазор Δ между роликами и деталью (рис. 23) аналитически может быть представлен зависимостью




где О₁О—межцентровое расстояние между эксцентриковой осью и деталью, мм (величина, постоянная для данной конструкции головки определенного типоразмера);

ε—эксцентриситет, мм;

φ_р — угол раскрытия, град;

D_р—наружный диаметр ролика, мм;

D_д — наименьший внутренний диаметр детали, мм.





Рис. 23. Схема расположения ролика и заготовки: 1 — в момент накатывания;

2—3 момент раскрытия


В момент накатывания зазор Δ=0 и φ_р=φ_н. При этих условиях



Во избежание заклинивания эксцентриковых осей и обеспечения безотказного быстрого раскрытия головки в конце хода угол φ_н следует принимать равным 50—55°.

После раскрытия головки зазор должен быть:



где Δ'—зазор между наружными диаметрами роликов и накатываемой резьбы;



где t — теоретическая высота профиля накатываемой резьбы, мм;

Н0d₁—нижнее отклонение по внутреннему диаметру, принимаемое для меньшей степени точности накатываемы резьб.

Зазор Δ' принимается равным для метрических резьб диаметром до 5 мм 0,5 мм, диаметром 5—20 мм—1 мм, для резьб большего диаметра— 1,5 мм. Для трапецеидальных резьб зазор Δ'=2—4 мм в зависимости от длины, диаметра и шага накатываемой резьбы.

При величине зазора Δ, определенной по формуле (11), угол раскрытия φ_р не должен превышать 170°:



При φ_р> 170° накатывание рекомендуется производить головкой другого типоразмера.

Рассчитанное значение наружного диаметра ролика обычно округляют до целого числа.

Наружный диаметр резьбы ролика для резьбонакатных головок тангенциального типа может быть определен [29] по зависимости



где K_р и K_и—число заходов ролика и изделия;

d_з и d_в—диаметр заготовки и внутренний диаметр накатываемой резьбы, мм;

P_ср = (3,5—4) Ơ_т—удельное среднее давление, МПа;

Е—модуль упругости обрабатываемого металла, МПа;

Ơ_т — предел текучести, МПа.

После определения наружного диаметра ролика определяют его средний и внутренний диаметры, для чего рассчитывают значение высот головки t_1р и ножки t_2р витка ролика (расстояния от среднего диаметра до вершин выступов и впадин витков калибрующей части), обеспечивающие возможность работы как открытым, так и замкнутым контуром.

Для трапецеидальной резьбы



где ;t₁ и t₂—номинальная рабочая высота головки и ножки накатываемой резьбы;

Р— шаг накатываемой резьбы, мм;

Δ_изг—допуск на изготовление, мм;



где H₁— рабочая высота профиля резьбы, мм.

Радиус при вершине R=0,19 Р.

Допуск на изготовление принимается равным для шагов Р≤2 мм 0,02 мм; для Р=2,5÷5 мм—0,03 мм и для Р>5 мм—0,04 мм.

В случае прямолинейной вершины у витков калибрующей части роликов



где а_с — номинальный зазор в резьбовом соединении (ГОСТ 9484—73).

Для метрической резьбы



где t₂=0,217Р и t₁=0,325Р.

Радиус при вершине R=0,126Р.

Допуск на изготовление принимается равным 0,01 мм (Р≤1 мм); 0,02 мм (Р=1,25—3,0 мм) и 0,03 мм для больших шагов.

В случае прямолинейной вершины у витков калибрующей части роликов



где t₁=t₂=0,32Р (ГОСТ 6357—73).

Радиусы при вершине и впадине витка ролика R₁=(0,136Р—0,043) мм и R₂= (0,137Р+0,026) мм.

Ширина роликов Вр определяется по максимальному шагу резьбы, накатываемой данной головкой. За основу берется ролик с односторонней заборной частью (первый в комплекте):



где n_з—количество витков на заборной части;

l₁—расстояние от переднего торца до первого витка заборной части;

l´₁—расстояние от заднего торца до последнего витка калибрующей части.

При определении ширины ролика принимали n_з=2 или n_з=3 (максимально возможное количество витков), С целью уменьшения сил накатывания число витков калибрующей части следует назначать наименьшим, т. е. n_к=2 читывая уменьшение расстояния l₁от ролика к ролику за счет смещения витков на величину P/z приводящее к уменьшению количества полных калибрующих витков на ряде роликов, принимаем для первого ролика n_K=3.

С уменьшением шага накатываемой резьбы при неизменном l₁ размер l´₁ будет увеличиваться.

Ширина первого ролика при двусторонней заборной части связана с параметрами ролика соотношением




где l₁=Р/2+Δl и l´₁=(z-1)P/z+l₁, причем поправка Δl≥0.

Здесь учтено, что при работе другой стороной ролика первый ролик должен работать, как последний.

При заданных ширине и параметрах ролика поправка Δl на величину l₁ и l´₁ определяется из зависимости




Основные методические положения по конструированию заборной части роликов с конической схемой расположения кольцевых витков на заборной части (см. рис. 22), разработанные применительно к роликам для накатывания резьбы на водогазопроводных трубах [30], распространяются также на ролики для накатывания резьбы на сплошных изделиях и сводятся к следующему;

1) выбор закона распределения F_i=f(i) площадей, деформируемых отдельными витками;

2) определение общей (накопленной) площади деформирования ΣF_i=ψ(i), нарастающей от витка к витку с учетом установленного закона распределения;

3) установление закона изменения F=φ(H_вн). Деформируемой площади от величины H_вн подъема витков (глубины внедрения вершины витка в заготовку) при принятой форме витков заборной части;

4) определение величины H_вн подъема каждого витка из зависимости F=φ(H_вн) путем подстановки в нее значения ΣF_i , относящегося к данному витку.

В этих закономерностях i—порядковый номер витка, количество которых может изменяться от 1 до п (п—количество витков на заборной части).