Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса, цели и задачи исследования . 8
1.1. Обзор деталей с коническими резьбами. 8
1.2. Обзор конических резьб и требований к ним. 13
1.3. Обзор способов обработки конических резьб . 16
1.4. Существующие технологии накатывания резьб. 24
1.5. Цели и задачи исследования. 33
2. Методика проведения исследований, измерительная и фиксирующая аппаратура . 36
2.1. Общая схема исследований, процесса накатывания конических резьб.
2.2. Описание метода конечных элементов. 39
2.3. Анализ программ,1 реализующих МКЭ . " 48
2.4. Описание метода регрессионногоанализа. 53
2.5. Экспериментальная установка и оборудование. 58
3. Теоретические исследования . 69
3.1. Расчет скорости проскальзывания инструмента относительно заготовки при накатывании конических резьб. 69
3.2. Нормирование точности заготовок под- накатывание наружной конической резьбы. 82
3.3. Определение требуемой точности останова подачи резьбонакатнои головки в зависимости от точности размеров профиля резьбы . 90
3.4 Определение разнонагруженности витка резьбонакатного инструмента при накатывании конических резьб.
4. Экспериментальные исследования . 101
4.1. Методика моделирования накатывания конических резьб методом конечных элементов в DEFORM 3D. 101
4.2. Планирование и проведение эксперимента. 111
4.3. Проверка адекватности расчетных моделей накатывания конической резьбы, полученных в Deform 3D . 112
4.4. Регрессионные математические модели для накатывания наружных конических резьб. 113
5. Апробация результатов. 123
5.1. Рекомендации по накатыванию наружных конических резьб. 123
5.2. Промышленная апробация результатов работы. 126
5.3. Расчет экономического эффекта. 136
Общие выводы 138
Литература
- Обзор способов обработки конических резьб
- Анализ программ,1 реализующих МКЭ
- Определение требуемой точности останова подачи резьбонакатнои головки в зависимости от точности размеров профиля резьбы
- Проверка адекватности расчетных моделей накатывания конической резьбы, полученных в Deform 3D
Введение к работе
Актуальность проблемы. В современной промышленности достаточно часто используются соединения с коническими резьбами. Наиболее важными областями их применения являются: нефтяная промышленность, газовая промышленность, строительство и т.д. В условиях развития современной техники повышаются и требования к коническим резьбовым соединениям. В связи с этим существует необходимость повышения эффективности методов формообразования конических резьб.
Известно, что одним из наиболее эффективных способов формообразования и упрочнения резьбы является обработка пластическим деформированием - накатывание. Накатывание позволяет получить резьбу с большей усталостной и статической прочностью, чем нарезание. Накатанная резьба имеет меньшую шероховатость поверхности и не склонна к задирам в процессе свинчивания-развинчивания.
Однако для обработки конической резьбы процесс накатывания на данный момент применяется крайне редко. Расширение области применения накатывания для получения конической резьбы сдерживается недостаточной изученностью процесса.
Накатыванию наружных цилиндрических резьб посвящены работы А.Н. Афонина, А. Кепхарта, А.В. Киричека, В.В. Лапина, Э.П. Лугового, Ю.А. Миропольского, М.И. Писаревского, Т.А. Султанова, В.Г. Якухина, А.И. Якушева и других исследователей. Изучению процессов накатывания конических резьб не уделялось достаточно внимания. В своих трудах М.И. Писаревский дает рекомендации по расчету геометрических размеров роликов для накатывания конической резьбы. Известны разработки оснастки и инструмента для накатывания конических резьб Кирпичниковым Ф.П. и соавторами. Данные работы основаны на практическом опыте и носят фрагментарный характер. Систематические научно обоснованные рекомендации по накатыванию конических резьб в существующей на сегодняшний день литературе отсутствуют.
Накатывание конических резьб имеет существенные отличия по сравнению с накатыванием цилиндрических. При накатывании конических резьб с осевой подачей почти все витки ролика являются одновременно и заборными и калибрующими и вступают в работу практически одновременно. В связи с этим силы деформирования при накатывании конических резьб выше, чем при накатывании цилиндрических.
Наибольшие сложности при накатывании конических резьб возникают из-за того, что осевое перемещение инструмента или заготовки вызывает изменение радиального обжатия. При этом даже небольшие осевые перемещения могут привести к поломке инструмента. Одной из особенностей накатывания конической резьбы является разность сил, действующих на боковые стороны витка ролика в процессе накатывания.
Из-за разности диаметров противоположных концов ролика касательные скорости различных витков при накатывании конических резьб имеют различную величину, что вызывает большее проскальзывание ролика
относительно заготовки по сравнению с накатыванием цилиндрических резьб и может значительно снизить стойкость резьбонакатного инструмента.
В связи с выше сказанным можно сделать вывод, что для повышения эффективности накатывания конической резьбы требуются углубленные исследования данного процесса.
Цель работы: повышение качества и производительности изготовления конических резьб за счет расширения области применения накатывания, управления кинематикой процесса и конструктивными параметрами резьбонакатного инструмента.
Объектом исследований является процесс накатывания наружных конических резьб.
Предметом исследований является кинематика процесса накатывания конических резьб, конструктивные параметры резьбонакатного инструмента, напряженно-деформированное состояние инструмента и заготовки.
Методы исследований. Теоретические исследования базируются на научных основах технологии машиностроения, теории пластичности, численных методах решения систем дифференциальных уравнений (методе конечных элементов). Экспериментальные исследования базируются на теории планирования эксперимента, статистической обработки экспериментальных данных и регрессионного анализа.
Научная новизна работы.
Выявлено, что величина взаимного проскальзывания инструмента и заготовки при накатывании наружных конических резьб связана прямой зависимостью с длиной, углом конуса накатываемой резьбы и обратной зависимостью с диаметром накатного ролика. Наибольшее влияние на проскальзывание оказывает угол конуса резьбы
Установлено, что разность сил, действующих на боковые стороны витков ролика со стороны большего и меньшего торцев, при превышении площади пятна контакта инструмента и заготовки более 10 мм и при превышении угла конуса резьбы более 2 начинает резко возрастать, в связи с чем ее необходимо учитывать в расчетах чтобы избежать снижения стойкости резьбонакатного инструмента.
Установлен характер связи силы накатывания, эквивалентных деформаций и запаса пластичности заготовки с конструктивно-технологическими параметрами процесса накатывания конических резьб.
Практическая ценность работы.
Разработан новый способ накатывания конических резьб и инструмент для его реализации, защищенные патентами РФ на изобретение.
Разработаны технологические рекомендации по проектированию резьбонакатного инструмента и образованию наружных конических резьб.
Разработаны регрессионные математические модели, связывающие эквивалентные деформации, силу деформирования и нормализованный критерий разрушения Кокрофта-Лейтема с конструктивными параметрами инструмента и заготовки при накатывании наружных конических резьб.
Разработана методика нормирования точности заготовок для накатывания наружных конических резьб.
Результаты работы апробированы и внедрены на предприятиях машиностроительного комплекса г.Москвы и г.Орла.
Апробация работы: основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
ежегодных научно-технических конференциях преподавателей и сотрудников Орловского государственного технического университета;
X международной научно-технической конференции «Технология 2008», г. Орел, ОрелГТУ, 2008г.;
международной научно-технической конференции «Инструментальные системы машиностроительных производств». - Тула: ТулГУ, 2008
XXXV Международной молодежной научной конференции Гагаринские чтения, Москва, РГТУ МАТИ, 2009;
региональной научно-практической конференции «Научный потенциал Орловщины в модернизации промышленного комплекса малых городов России», ОрелГТУ ТИ Ливенский филиал, г. Ливны, 2010г.;
III международной научно-технической конференции «Модернизация Машиностроительного комплекса России на научных основах технологии машиностроения (ТМ-2011)», г. Брянск, БГТУ, 2011г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, из них 5 статей в изданиях, рекомендованных ВАК, 2 патента РФ на изобретение.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных результатов работы; выполнена на 156 станицах и содержит 60 рисунков, 4 таблицы, список использованной литературы из 108 наименований, приложения.
Обзор способов обработки конических резьб
Для точения резьбы применяют простейший инструмент резец, гребенку или комплект из нескольких резцов. Заготовку закрепляют в патроне или в центрах токарного станка; а инструмент устанавливают, на; суппорте, и он получает движение подачи на глубину и вдоль оси; подача?; вдоль . оси численно равна .шагу нарезаемой резьбьк :; ;,
Преимущества данного, способа в его сравнительной простоте, не требуется применение: сложного инструмента; можно получить резьбовые поверхности; практически любого профиля. К недостаткам можно отнести следующее: наличие перерезания волокоН; металла, а следовательно, образование концентраторов напряжений; склонность резьбы к задирам в процессе; свинчивания-развинчивания; низкая производительность процесса, сравнительно низкая стойкость резьбонарезного инструмента. Нарезание головками наружной резьбы - самый прогрессивный способ получения резьбы со снятием стружки; применяется он также и для обработки внутренних резьб. Способ характеризуется осевой подачей инструмента относительно заготовки и автоматическим отключением гребенок, находящихся в головке, после завершения нарезания, что исключает необходимость реверсирования движения инструмента. После нарезания наружной резьбы гребенки расходятся, затем головка отводится в исходное положение на ускоренном ходу. При нарезании наружной резьбы применяют гребенки трех типов: круглые, призматические и тангенциальные. Широко применяются круглые гребенки в комплекте 4-12 шт. (чаще - четыре) [98].
Преимущества данного способа заключается в сравнительно высокой производительности, а также более высокой, по сравнению с нарезанием резцом, стойкостью инструмента. К недостаткам можно отнести необходимость изготовления оснастки (резьбонарезной головки), и те же недостатки нарезанной резьбы, что и в случае с нарезанием резцом.
Фрезерование применяют в основном, для резьбы с крупными шагами, прерывистой резьбы, а также резьбы с малым сбегом. Фрезерование концевой фрезой или двумя концевыми фрезами, каждая из которых обрабатывает свою половину профиля, применяют для обработки наружных винтовых поверхностей глубоких ручьев, например валков диаметром свыше 300 мм для поперечно-винтовой прокатки.
При обработке, дисковой фрезой инструменту сообщается быстрое вращение, являющееся главным движением, а заготовке -медленное вращение. Направления движения заготовки и инструмента, как правило, встречные. Заготовка имеет также осевую подачу относительно инструмента, равную шагу резьбы на каждый оборот.
Данный способ позволяет обрабатывать резьбы с большими диаметрами (более 300 мм), с длиной, превышающей 1 м, а так же крупные резьбовые поверхности с глубоким профилем. Резьба, полученная данным способом, имеет точность ниже, чем при обработке гребенками или резцом, а так же сравнительно высокую шероховатость. Для получения конической резьбы процесс фрезерования осложняется необходимостью дополнительного радиального движения инструмента или заготовки, что выходит за рамки возможностей универсального фрезерного оборудования.
Вихревую обработку применяют для однопроходного нарезания наружных и внутренних резьб с крупными шагами. Заготовку закрепляют в патроне или в центрах станка. Инструментальная головка, оснащенная твердосплавными резьбовыми резцами (4 - 20 шт.), имеет главное рабочее движение, характеризующееся высокой окружной скоростью (150 - 800 м/мин), и движение осевой подачи относительно заготовки. При этом ось основного вращения головки не совпадает с осью обрабатываемого стержня или отверстия. При обработке наружной резьбы требуется дополнительное движение -медленное вращение заготовки.
Достоинство данного метода в возможности обрабатывать резьбы с крупным шагом. Резьба, полученная вихревой обработкой, имеет недостатки связанные с перерезанием волокон, а следовательно, низкими прочностными характеристиками.
Шлифование - самый точный способ образования резьбы, характеризующийся универсальностью: с его помощью можно изготовлять резьбовые детали практически любой твердости1. Существуют следующие разновидности шлифования: продольное однониточным кругом, продольное многониточным кругом, врезное многониточным кругом и бесцентровое, применяемое только для изготовления наружной резьбы. Шлифование позволяет обрабатывать предварительно нарезанные резьбы с высокой твердостью, а так же получать резьбы с низкой (в сравнении с нарезкой и фрезеровкой) шероховатостью и высокой точностью. Недостатком шлифования является низкая производительность процесса, необходимость предварительного нарезания резьбы, а также дорогостоящий инструмент. Планетарное накатывание - самый производительный способ накатывания резьб, так как оно позволяет производить непрерывную и одновременную обработку нескольких заготовок. Для этого способа характерна полная автоматизация, самая высокая стойкость резьбообрабатывающего инструмента, высокая точность и стабильность.
Планетарное накатывание наружной резьбы осуществляется по нескольким схемам: роликом-сегментом; роликом-кольцом;- двумя парами роликов-сегментов при наклонной компоновке рабочего шпинделя; двумя парами роликов сегментов при горизонтальной компоновке рабочего шпинделя; двумя парами- роликов-сегментов последовательно на двухшпиндельном станке.
Планетарное накатывание применяется при обработке мелких резьб диаметром от 0,8 до 20 мм. Для получения крупной наружной резьбы данный способ не применим!
Накатывание плоскими плашками - самый распространенный способ накатывания резьбы. Он характеризуется- высокой производительностью, высокой степенью автоматизации и быстрой переналаживаемостью оборудования с одного размера резьбы на, другой. Этим способом обрабатывают болты, винты, шурупы с головками, шпильки с буртами.
Способ часто используют для накатывания резьб с крупным шагом на шурупах с обычным или с заостренным концом.
Данный способ не позволяет обрабатывать конические резьбы. Накатывание роликами - самый универсальный и точный способ накатывания, характеризующийся наиболее широкими технологическими возможностями при изготовлении резьбы различных диаметров, длины и точности. При этом способе применяют чаще всего два ролика, реже три.
Анализ программ,1 реализующих МКЭ
Для измерения радиальной силы, действующей на ролики в процессе эксперимента по накатыванию резьбы, в зоне растяжения «ушка» ЭНГ наклеены тензорезисторы. Для увеличения чувствительности измерительной установки и повышения точности результатов тензорезисторы наклеиваются на обе крышки ЭНГ для каждой оси ролика. Для применения в экспериментальном комплексе по измерению радиальной силы при накатывании выбраны фольговые тензорезисторы с длинной базы 5 мм, как универсальные и наиболее подходящие для данного типа измерений. Проволочные тензорезисторы применимы для больших деформаций, высоких температур и специальные - для бетона. Область применения полупроводниковых тензорезисторов ограничена, так как они в значительной степени подвержены влиянию температур и не обладают достаточной линейностью. Выбор длины чувствительной части (базы) тензорезистора обусловлен размерами очага деформации. Дафспмзики тгеагзлеитные Распределение эквивалентных деформаций в «ушке» крышки ЭНГ при нагружении её суммарной тангенциальной силой (а) и радиальной силой (б) равной 5000Н. Тензорезисторы попарно соединены в мостовые схемы Уитстона, в которые так же входят компенсационные переменные резисторы. Общая принципиальная схема одного канала измерительного комплекса показана на рисунке 2.8.
В одну из диагоналей моста (ab) подается опорное напряжение с нормализатора сигнала тензорезистора. С другой диагонали моста (cd) полученный аналоговый сигнал подается на нормализатор, который усиливает его в. 1000 раз. Затем, аналоговый сигнал подается на универсальную плату ввода-вывода PCI-1202H/L фирмы ICP DAS. Плата оснащена встроенной оперативной памятью, что позволяет фиксировать результаты в реальном времени не смотря на возможные простои и зависания операционной системы ЭВМ. Для усиления сигнала тензорезисторов использовался нормализатор сигнала тензодатчиков SG-3016 фирмы ICP DAS. Условие равновесия моста Уитстона выглядит следующим образом: - = - (2.25)
Данное соотношение достигается за счет подстройки переменных тензорезисторов R3 и R4. Нарушение соотношения за счет небольшого изменения одного из сопротивлений моста приведет к появлению тока в диагонали cd, пропорционального относительному изменению сопротивления. Таким образом, ток, возникающий в мостовой схеме, будет пропорционален деформации «ушка».
Для регистрации результатов на ЭВМ использовалась программная среда LabView. Созданный в ней виртуальный прибор (рис. 2.10) позволяет в режиме реального времени принимать аналоговый сигнал одновременно с трех каналов и по завершении измерений сохранять его в табличный файл.
Для установления соответствия величине получаемого на ЭВМ сигнала силы, возникающей при накатывании ЭНГ необходимо провести тарировку каждой из осей экспериментальной головки. Для этого головка устанавливается в резцедержку универсального токарного станка. Между ней и трехкулачковым. патроном устанавливается динамометр с индикатором часового типа (рис. 2.9).
Максимальная нагрузка на динамометр - 10000Н, цена деления - 20Н. После каждого этапа нагружения и разгрузки тарировочной системы (каждые 1000Н) результат, полученный на ЭВМ фиксируется. Тарировка проводится отдельно для каждой оси ролика экспериментальной головки. Полученные тарировочные данные усреднены для каждой оси и построены тарировочные графики (рис. 2.11).
Для расширения области применения накатывания при изготовлении конических резьб разработана методика теоретических и экспериментальных исследований. 2. При рассмотрении существующих на сегодняшний день численных методов расчета напряженно-деформированного состояния инструмента и заготовки выявлено, что для исследования процесса накатывания конических резьб целесообразно использовать метод конечных элементов. Возможность его реализации на ПК значительно сокращает время и трудозатраты вычислительного эксперимента. mm (в) оси ЭНГ. 3. Анализ существующих на данный момент программ, реализующих МКЭ показал, что для моделирования НДС инструмента и заготовки при накатывании конических резьб целесообразно использовать программный пакет DEFORM. 4. С целью сокращения требуемого для регрессионного анализа времени и повышения точности результатов целесообразно использовать программный продукт Statistica. 5. Для подтверждения расчетных данных по НДС инструмента и заготовки при накатывании конических резьб разработан и изготовлен экспериментальный измерительный комплекс на основе тензометрической резьбонакатной головки и ЭВМ. 6. Разработанный экспериментальный измерительный комплекс имеет достаточную для проведения исследований точность.
Определение требуемой точности останова подачи резьбонакатнои головки в зависимости от точности размеров профиля резьбы
Рассматривая силовые характеристики процесса накатывания конических резьб, можно с уверенностью сказать, что в данном случае имеются существенные отличия от силовых параметров накатывания цилиндрических резьб. Одной из значимых особенностей накатывания конических- резьб является разность сил, действующих на боковые стороны профиля витка резьбонакатного ролика. Рассмотрим данный момент подробнее.
На рисунке 3.18 приведена схема накатывания конической резьбы. Для удобства представления и восприятия информации схема развернута против часовой стрелки на угол ср/2 - половина угла конуса. резьбы. Таким образом получаем схему, похожую на схему при накатывании цилиндрических резьб. Единственное отличие, если не брать во внимание оси заготовки и инструмента, заключается в том, что виток инструмента вдавливается в поверхность заготовки не под нормальным углом, а под углом, равным (90- р/2). Следует заметить, что вершина витка ролика остается параллельной поверхности заготовки. Рассмотрим силы, действующие с разных сторон на боковые стороны профиля витка ролика.
Очевидно, что для нахождения полной силы формообразования цилиндрического винтового профиля справедливо следующее выражение [75, 37]: P = 2-Pk-Sk-N (3.34) і где рк - контактное давление (удельное усилие) при накатывании, Sk- мгновенная площадь пятна контакта ролика и заготовки, N- количество одновременно накатываемых витков, коэффициент «2» учитывает размер площадки контакта с обеих сторон профиля. Рис. 3.18. Схема деформирования при накатывании конической резьбы. Преобразуем формулу (3.34) для нахождения силы деформирования с одной стороны профиля. При этом отбрасываем коэффициент «2», а количество витков Л/ = 1. В соответствии со схемой на рисунке 3.18 наиболее точное значение МПК можно найти из зависимости [37]:
В соответствии с равенством (3.40) построен контурный график зависимости разности сил деформирования, действующих на боковые стороны профиля витка ролика, АР от угла конуса резьбы ср и проекции площади пятна контакта инструмента и заготовки Sn, которая характеризует геометрические размеры" накатываемой резьбы (рис. 3.19).
Из графика, представленного на рисунке 3.19 можно сделать следующие выводы. С увеличением угла конуса резьбы ср и площади пятна контакта Sn разность сил, действующих на боковые стороны профиля витка резьбонакатного ролика, увеличивается. Значительное приращение к разности сил наблюдается при площади пятна контакта инструмента и заготовки более 10 мм2 и при превышении угла конуса резьбы более 2.
При накатывании мелких конических резьб, с площадью пятна контакта менее 3 мм2 и углом конуса менее 2, разность сил, действующих на боковые стороны профиля витков ролика, можно не учитывать. В то же время, при превышении этих значений, необходимо производить дополнительные мероприятия по увеличению прочности резьбонакатного инструмента.
1. Выявлено, что при накатывании конической резьбы коническими роликами по схеме с параллельными осями инструмента и заготовки возникает повышенное проскальзывание, которое при превышении 3,5% неблагоприятно сказывается на качестве накатываемой резьбы и стойкости резьбонакатного инструмента.
2. Предложен прогрессивный способ накатывания конических резьб со скрещивающимися осями инструмента и заготовки, позволяющий снизить проскальзывание до 10 раз.
3. Разработана формула, позволяющая определять величины полей допусков на размеры заготовки под накатывание наружных конических резьб.
4. Установлено, что с увеличением угла конуса накатываемой резьбы, точность останова резьбонакатной головки повышается. Если угол конуса резьбы не превышает 4, допускается производить останов вручную.
5. Установлено, что при накатывании конических резьб разнонагруженность боковых сторон витков профиля инструмента со стороны большего и меньшего торца составляет 10...20%. Для увеличения ресурса накатного инструмента необходимо проведение дополнительных мероприятий по повышению его стойкости.
Методика моделирования накатывания конических резьб методом конечных элементов в DEFORM 3D.
Исследование напряженно-деформированного состояния инструмента и заготовки в процессе накатывания конических резьб путем проведения натурных экспериментов вызывает трудности ввиду существенных материальных-затрат и трудозатрат. В связи с этим, для изучения данного процесса, необходимо провести теоретические исследования, которые значительно сократят материальные и временные затраты.
Процесс накатывания резьбы относится к обработке металлов давлением (ОМД). На сегодняшний день для исследования процессов ОМД широко используется метод конечных элементов (МКЭ). Более того, на данный момент разработано большое количество программ для ЭВМ, реализующих МКЭ. Накатывание конической резьбы шестью роликами - достаточно сложный процесс, а, следовательно, теоретическая модель данного процесса будет достаточно сложна. В силу данных обстоятельств для проведения теоретических исследований необходимо использовать специализированный программный продукт, реализующий МКЭ,.
В качестве инструмента для теоретических исследований выбран пакет программ DEFORM-3D. Данный программный продукт позволяет моделировать МКЭ процессы ОМД и резания.
Проверка адекватности расчетных моделей накатывания конической резьбы, полученных в Deform 3D
Значительные сложности при накатывании: конических резьбе возникают из-за? того, что осевое перемещение? инструмента: или заготовки вызывает изменение радиального обжатия. К тому же при накатывании конической: резьбы появляется разность сил, действующих на: боковые: стороны j витка: ролика в процессе накатывания, а из-за разности диаметров противоположных концов ролика изаготовки появляется повышенное их проскальзывание между собой. Всё; это в значительной степени снижает стойкость резьбонакатного инструмента.
Известны попытки изготовить треугольную резьбу на переводниках методом накатывания і его нерациональность [26]. Попытки изготовления с радиальной подачей на двухроликовых профиленакатных полуавтоматах, которые не дали положительных результатов. Стенка изделия теряет устойчивость и деформируется под действием значительных сил накатывания, поэтому заготовка приобретает эллипсную форму. Компьютерное моделирование данного процесса подтвердило резьбы на переводнике непосредственно штамповкой [26] показали невозможность получения полнопрофильной резьбы на стальной заготовке этим методом.
В связи с выше сказанным можно сделать вывод, что накатывание крупных резьб на полых тонкостенных заготовках осуществимо лишь с осевой подачей аксиальными резьбонакатными головками. При накатывании головками с осевой подачей радиальные силы, вызывающие деформацию стенок полых заготовок, существенно ниже, чем при накатывании с радиальной подачей. Количество роликов головки целесообразно принимать максимально большим с целью уменьшения сил при накатывании и исключения деформирования формы заготовки. Известны несколько конструкций раскрывающихся-аксиальных резьбонакатных головок [,18, 70], предложенных для накатывания треугольных резьб нефтяного сортамента. Однако из-за сложностиони широкого применения на производстве не нашли.
Существенной особенностью процесса накатывания конических резьб с осевой подачей является то, что почти все витки ролика вступают в работу практически одновременно. В связи с этим, силы при накатывании конических резьб аксиальными головками выше, чем при накатывании цилиндрических. Для- определения возможности накатывания аксиальной резьбонакатной головкой резьбы- по ГОСТ 633-80 без потери заготовкой устойчивости и возникновения эллипсности смоделирован и проведен вычислительный эксперимент по накатывания резьбы по ГОСТ 633-80 шестироликовой аксиальной резьбонакатной головкой с оправкой и без нее. Моделирование проводилось в программе Deform 3D, которая описана выше.
Результаты моделирования приведены на рис 5.3. Из результатов моделирования можно сделать вывод, что эллипсность, вызываемая потерей стенкой заготовки устойчивости, при накатывании резьбы по стандарту ГОСТ 633-80 отсутствует даже при отсутствии оправки. Максимальная радиальная, сила, возникающая при накатывании равна 47000 Н. Поэтому предложено накатывать резьбу по ГОСТ 633-80 без оправки.
На основе конечноэлементного анализа спроектирована и испытана аксиальная резьбонакатнаяі головка для" накатывания наружных резьб по ГОСТ 633-80 и ANSI/ASME В1.20.1 (NPT/API) (рис. 5.4). Головка выполнена нераскрывающегося типа, так как длина резьб нефтяного сортамента относительно невелика. При извлечении заготовки из головки потеря производительности на реверс шпинделя и свинчивание не существенна. За счет конусности резьбы сразу же после реверса шпинделя натяг между заготовкой и головкой будет снят. Это исключит повреждение витков резьбы на заготовке при свинчивании головки. Конструкция резьбонакатнои головки значительно упрощается за счет отсутствия механизма раскрывания..
Спроектированная с участием автора головка ГРК 1 (рис. 5.4) может использоваться как на станках токарной группы (невращающаяся), так и на станках сверлильной группы (вращающаяся). С помощью конического!хвостовика крепление головки осуществляется в пиноли задней бабки или в шпинделе станка соответственно. Для использования головки, как вращающейся, предусмотрена подача СОЖ через специальное свободно вращающееся кольцо на хвостовике головки. При использовании головки как невращающейся подача СОЖ может осуществляться как через специальное кольцо, так и поливом через окна в корпусе сверху зоны обработки.
Оси роликов выполнены параллельными оси заготовки в целях упрощения конструкции головки и снижения ее себестоимости. Резьбонакатные ролики можно свести или развести на определенную величину при помощи поворота эксцентриковых осей, на которых они установлены. Таким образом производится настройка головки на нужный размер при помощи специального калибра. Эксцентриковые оси от проворота при накатывании резьбы фиксируются с помощью конических втулок.
Головка одного типоразмера позволяет накатывать только соответственно один типоразмер резьб. Для её перенастройки необходима замена резьбонакатных роликов, втулок, передней и задней крышек.
Для накатывания конических резьб нефтяного сортамента ролики имеют заборную часть с конусом в 13 на переднем торце. С целью снижения проскальзывания резьбонакатные ролики выполнены максимально возможных диаметров.
Для предотвращения переупрочнения витков резьбы заготовки при накатывании витки резьбы калибрующей части роликов сошлифованы в шахматном порядке Поля допусков на размеры резьбонакатных роликов согласно методике [39] назначались таким образом, чтобы обеспечить неравномерность их нагружения не выше 10%.
При помощи- разработанной аксиальной резьбонакатной головки получена опытная партия переводников с накатанной наружной резьбой. Накатывание производилось на универсальном токарном станке модели 1К62. Установка заготовки осуществлялась в трехкулачковый самоцентрирующийся патрон без оправки в отверстии. Накатывание проводилось со скоростью 12 м/мин. Разработанная головка продемонстрировала высокую надежность, удобство в работе. На резьбонакатных роликах следов износа не обнаружено. Точность полученной накатыванием резьбы полностью соответствовала требованиям ГОСТ. Эллипсности на заготовках не обнаружено.
