Содержание к диссертации
Введение
1 Литературный обзор. проблемы. постановка задачи информационный поиск существующих конструкций сборных червячных фрез 10
1.1 Литературный обзор. Общие положения 10
1.2 Принцип нарезания зубьев червячной фрезой 12
1.3 Особенности процесса нарезания зубьев червячными фрезами 15
1.4 Зубофрезерование с различными видами подач 16
1.5 Применение твёрдых сплавов при зубофрезеровании 20
1.6 Особенности твердосплавных зуборезных инструментов 25
1.7 Достоинства и недостатки сборных инструментов с СМИ 27
1.8 Пути повышения эффективности при зубофрезеровании 29
1.9 Информационный анализ и анализ конструкций сборных червячных фрез
1.9.1 Повышение производительности 36
1.9.2 Повышение стойкости 38
1.9.3 Расширение технологических возможностей 39
1.9.4 Повышение надёжности крепления 41
1.9.5 Повышение надёжности крепления 41
1.9.6 Повышение точности 42
1.9.7 Снижение стоимости изготовления 1.10 Существующие конструкции червячных сборных фрез 44
1.11 Исследование напряжений в режущем инструменте при нестационарных параметрах резания 45
1.12 Цель и задачи 51
2 Имитационное моделирование процесса зацепления и нагружения зубьев зубообрабатывающих фрез 53
2.1 Имитационное моделирование для червячных фрез 53
2.2 Имитационное моделирование червячной фрезы для чистовой обработки
2.2.1 Расчет и построение зубчатого колеса 62
2.2.2 Расчет количества пластин методом огибания эвольвенты 65
2.2.3 Нахождение станочной линии зацепления 67
2.2.4 Нахождение точек контакта фрезы с колесом
2.2.5 Расчет корпуса фрезы 70
2.3 Выбор схемы базирования и крепления режущей пластины 76
2.3.1 Анализ схем базирования и крепления режущей пластины 76
2.3.2 Доработка выбранной схемы базирования и крепления режущей пластины 77
2.3.3 Проверочный расчет на надежность закрепления СТП в корпусе фрезы 2.4 Доработка конструкции фрезы 80
2.5 Величины площадей поперечного сечения срезаемого слоя в зависимости от номера пластины и подачи 81
2.6 Построение графика изменения величины срезаемой площади в зависимости от подачи фрезы 86
2.7 Выводы: 90
3 Тестовая задача. расчеты методом конечных элементов .91
3.1 Основные понятия МКЭ 91
3.2 Тестовая задача силового нагружения 94
3.3 Выводы: 101
4. Результаты исследования наряженного состояния в СТП зубообрабатывающих фрез 102
4.1 Напряженное состояние в сменных твердосплавных пластинах 102
4.2 Влияние площади поперечного сечения срезаемого слоя на распределение зон растяжения и сжатия стандартной фрезы и фрезы с прогрессивной схемой резания
ПО
4.3 Поверхности равных напряжений оі стандартной фрезы и фрезы с прогрессивной схемой резания 112
4.3 Выводы: 117
5. Практическая реализация. конструкции сборных червячных фрез 119
5.1 Методика выбора, расчета СРП и проектирования сборных червячных фрезі 19
5.2 Конструкции сборных червячных фрез 122
5.3 Практическое применение 125
5.4 Выводы: 127
Заключение 129
Литература
- Особенности процесса нарезания зубьев червячными фрезами
- Расчет и построение зубчатого колеса
- Тестовая задача силового нагружения
- Поверхности равных напряжений оі стандартной фрезы и фрезы с прогрессивной схемой резания
Введение к работе
Актуальность работы. На сегодняшний день инструментальные фирмы, производящие режущий инструмент, практически не предлагают конструкции сборных червячных фрез со сменными режущими твердосплавными пластинами для обработки зубчатых колес, хотя применение сменных твердосплавных пластин (СТП) позволяет существенно повысить производительность обработки зубчатых колес. В настоящей работе предлагается новое решение, обеспечивающее повышение эффективности зубообрабатывающих фрез формированием инструментального червяка сменными твердосплавными пластинами.
Целью работы является повышение эффективности
зубообрабатывающих фрез формированием инструментального червяка сменными твердосплавными пластинами на основе исследования их напряженного состояния. Задачи работы
-
Провести анализ литературных источников и патентов по теме работы.
-
Провести имитационное моделирование зацепления и процесса зубофрезерования зубчатых колес для определения граничных условий нагружения сменных твердосплавных пластин.
-
Решить тестовую задачу по оптимизации конечно-элементной сетки и исследовать напряженное состояние СТП в сборных зубообрабатывающих фрезах с целью выбора рациональной схемы резания.
-
Разработать методику расчета СТП и проектирования сборных зубообрабатывающих фрез.
5. Разработать новые конструкции сборных червячных фрез с СТП.
Методы исследования. Исследование процессов нагружения,
напряженного состояния, характера разрушения и прочности сменных твердосплавных пластин методом имитационного моделирования с
использованием программ KoMnac-3D и метода конечных элементов в ANSYS.
Достоверность результатов работы обеспечивается высокой точностью определения граничных условий и оптимизацией плотности конечно-элементной сетки с применением метода конечных элементов (МКЭ).
Научная новизна работы
-
Определены граничные условия нагружения сменных твердосплавных пластин для определения их напряженного состояния путем имитационного моделирования зацепления обрабатываемого колеса и исходного контура инструментальной рейки.
-
На основании имитационного моделирования процесса зацепления и нагружения режущих пластин стандартной червячной фрезы и фрезы с прогрессивной схемой резания было установлено:
использование стандартной червячной фрезы характеризуется высокой неравномерностью нагружения режущих зубьев;
использование прогрессивной червячной фрезы характеризуется более равномерной нагрузкой режущих зубьев для профиля инструментальной рейки зауженной на величину е ;
использование прогрессивной червячной фрезы характеризуется более равномерной нагрузкой режущих зубьев для профиля инструментальной рейки, заниженной на величину е .
3. Установлено, что величина напряжений в сменных режущих пластинах
из фрез со стандартным профилем инструментальной рейки в 1,3 -^ 4 раз
больше, чем при прогрессивной схеме резания.
4. Установлены предельные поверхности разрушения зубьев фрез из
сменных твердосплавных пластин, определенные по опасным напряжениям
растяжений о
Практическая ценность и реализация полученных результатов
1. Разработана методика определения граничных условий для расчета напряженного состояния режущих пластин.
-
Разработана методика расчета СТП и проектирования сборных зубообрабатывающих фрез.
-
Разработаны конструкции сменных твердосплавных пластин для реализации прогрессивной схемы резания в сборных фрезах.
-
Разработаны новые конструкции сборных фрез, оснащенных СТП, защищенные патентами на изобретение и на полезную модель.
-
Разработанные методики и новые технические решения приняты к внедрению в ОАО «Завод Тюменгазстроймаш», ОАО «Газтурбосервис».
-
Результаты исследований используются в учебном процессе подготовки студентов по специальностям и направлениям «Металлообрабатывающие станки и комплексы», «Технологические машины и оборудование», «Технология машиностроения».
Апробация работы и публикации. Основные результаты диссертационной работы докладывались на IV международной научно-технической конференции «Новые материалы, неразрушающий контроль и наукоемкие технологии в машиностроении» (Тюмень, 2008 г.), на Всероссийской научно-практической конференции «Новые технологии нефтегазовому региону» (Тюмень, 2010 г.), на 5-й научно-технической интернет-конференции с международным участием «Новые материалы, неразрушающий контроль и наукоемкие технологии в машиностроении» (Тюмень, 2010 г.), на VI научно-технической интернет-конференции с международным участием «Новые материалы, неразрушающий контроль и наукоемкие технологии в машиностроении» (Тюмень, 2012 г.).
Всего опубликовано 11 печатных работ, из них 3 работы в изданиях, рекомендованных ВАК, и монография (в соавторстве).
Личный вклад автора заключается в непосредственном проведении исследований, анализе данных и установлении факторов, влияющих на повышение работоспособности сборного инструмента с СТП путем применения прогрессивной схемы резания, а также в проведении расчетов, в обработке и
анализе полученных результатов, в разработке конструкций сборных червячных фрез, в формулировании положений и выводов, выносимых на защиту, в подготовке публикаций по данной теме.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, библиографического списка из 150 наименований, изложенных на 130 страницах машинописного текста, включает 93 рисунка.
Особенности процесса нарезания зубьев червячными фрезами
С уменьшением размера зёрен карбида вольфрама возрастает твёрдость сплава, а прочность снижается. Так сплавы ВК6 (размер зёрен карбида вольфрама 1-2 мкм) и ВК6М (размер зёрен карбида вольфрама до 1 мкм) имеют одинаковый химический состав, но твёрдость сплава ВК6М HRA 90, а твёрдость сплава ВК6 HRA 88,5; предел прочности при изгибе сплава ВК6 составляет не менее 150 кгс/мм, а сплава ВК6М 135 кгс/мм .
Сплавы группы ОМ (особо мелкозернистые) марок ВК6-ОМ, ВК 10-ОМ и ВК15-ОМ, у которых размер зёрен карбида вольфрама не превышает 0,5 мкм, предназначены для обработки нержавеющих, жаропрочных и других труднообрабатываемых сталей и сплавов.
При повышении режущей способности инструментального материала универсальность его применения снижается, поэтому наиболее рациональным является комплексный подход к решению задач, связанных с проектированием твердосплавного зуборезного инструмента. Проектирование, изготовление и испытание зуборезного инструмента, отработка режимов резания должны осуществляться применительно к конкретной обрабатываемой заготовке и её материалу.
При проектировании твердосплавных инструментов следует учитывать особенности твёрдого сплава как режущего материала; режима высокоскоростного резания износа инструмента и другие моменты, связанные с его эксплуатацией.
Мелкомодульный насадной инструмент целесообразно проектировать в виде конструкции, выполняемой полностью из твёрдого сплава, а концевой оснащать коронками из твёрдого сплава. Цельными изготавливают дисковые модульные фрезы модуля до 1 мм, червячные фрезы и зубострогальные резцы модуля до 1,5 мм, дисковые шеверы модуля до 0,8 мм. Хвостовые и насадные долбяки модуля до 1,5 мм и пальцевые модульные фрезы выпускают с коронками из твёрдого сплава.
При проектировании цельных инструментов необходимо предусмотреть возможность прессования твердосплавной заготовки в пресс-форме, форма которой близка к форме готового инструмента и с минимальными припусками. Длина инструмента не должна значительно превышать его диаметр, ширина буртиков насадного инструмента не более 2-3 мм при этом их наружная поверхность должна быть конической с углом 5-10 на сторону. При конструировании составного твердосплавного инструмента необходимо учитывать требования рациональной эксплуатации алмазных шлифовальных кругов.
При соприкосновении со стальными частями инструмента круги на органической и металлической связках засаливаются, теряют режущую способность и сильно изнашиваются. 1. Поэтому геометрические параметры и конструктивные элементы режущих частей твердосплавного инструмента, затачиваемого алмазными кругами, необходимо выбирать так, чтобы исключить контакт кругов с державками резцов и корпусами многолезвийных инструментов в процессе шлифования, затачивания и доводки. 2. Поэтому передние и задние поверхности пластинок из твёрдого сплава должны нависать над державками резцов, ножей или корпусами инструмента на величину, равную 0,1 - 0,15 толщины твердосплавной пластинки. Задние углы хк на державке или по зубу корпуса, ап на пластинке из твёрдого сплава и оц, на фаске должны быть различные; обычно принимают а„= сц,+(2..30) и ак= ап+(2..3). Для выхода алмазных кругов при шлифовании используют свободное пространство или уменьшают диаметр корпусов на участке за пластинками из твёрдого сплава. За пластинками из твёрдого сплава на корпусе выполняют канавки. В том случае, когда кроме затачивания всей пластинки из твёрдого сплава требуется и доводка рабочих поверхностей инструмента с целью уменьшения расхода алмазных кругов, чертежи должны предусматривать доводку по фаскам, величину которых устанавливают исходя из конкретных условий обработки.
Расчёт твердосплавных зуборезных инструментов существенно не отличается от расчёта аналогичных сборных инструментов из быстрорежущей стали. Расчёты профилей твердосплавного инструмента производят по известным методикам, за исключением расчёта новых конструкций инструментов: черновых дисковых и пальцевых фрез для предварительной прорезки впадин зубьев крупномодульных колёс; червячных фрез с поворотными зубьями и с зубьями, шлифованными по поверхности типа поверхностей тел вращения, резцовых головок с поворотными зубьями и др.
При проектировании сборных и составных зуборезных инструментов, в случае необходимости должен производиться расчёт на прочность и надёжность крепления твердосплавных режущих элементов. Кроме прочностных расчётов необходимо рассчитывать толщины срезов различными режущими кромками зуба. На стойкость твердосплавных инструментов влияет толщина срезов, которая для различных инструментов и видов обработки имеет оптимальное значение 0,01-0,15 мм, в зависимости от размеров инструмента.
Расчет и построение зубчатого колеса
Метод графического моделирования процесса зубофрезерования заключается в наглядном изображении фрезы в процессе её работы. Это дает нам возможность проследить маршрут обработки колеса фрезой, в результате чего можно получить поперечное сечение срезаемого слоя. Величина площади пятен контакта покажет нам какие пластины нагружаются больше других. Для того, что бы графически смоделировать процесс зубофрезерования, необходимо правильно расположить в пространстве (на чертеже) нарезаемое колесо и фрезу.
Для того, чтобы обосновать моё предположение максимальной эффективности прогрессивной схемы резания, было проведено т.н. «имитационное моделирование» процесса зубофрезерования зубчатого колеса (моделирование обкатки колеса проводилось в программе «Компас V13» с последующим занесением измеренных площадей в таблицы Excel).
За образец для сравнения была взята обычная полнопрофильная червячная фреза (число зубьев на рейке = 7, число реек = 8). Параметры нарезаемой шестерни: модуль 5, число зубьев 30, делительный диаметр 150 мм. Подача фрезы осуществляется вертикально с последующим постепенным врезанием зубьев в заготовку как показано на рисунке 2.1. а б
Метод графического имитационного моделирования процесса зубофрезерования заключается в наглядном изображении фрезы в процессе её работы. Это дает нам возможность проследить маршрут обработки колеса фрезой, в результате чего можно получить поперечное сечение срезаемого слоя. Величина площади пятен контакта покажет нам какие пластины нагружаются больше других. Для того, чтобы графически смоделировать процесс зубофрезерования, необходимо правильно расположить в пространстве (на чертеже) нарезаемое колесо и фрезу. 1) Чертим окружность равную траектории движения 1-ой пластины при зубофрезеровании, обозначим эту окружность буквой Б; 2) Чертим эскиз колеса с обозначением центра колеса; 3) Откладываем межцентровое расстояние фреза-колесо Аи; 4) Располагаем окружность Б на расстояние Аи от центра колеса; 5) По высоте располагаем окружность Б так, чтобы она касалась профиля колеса, но не пересекала его; 6) Выбираем подачу на оборот S (мм/об). Подача фрезы выбирается из конструкторских соображений. Передняя рабочая поверхность пластины имеет ограниченную высоту. Необходимо замерить эту высоту и взять подачу меньше. В моём случае была выбрана подача на оборот S = 2,5 (мм/об). 7) Откладываем величину подачи S от центра окружности вниз пока последняя подача не будет в одной плоскости с колесом. 8) Начинаем перемещать окружность по вертикали вдоль оси колеса на величину S. Таким образом, у нас будет моделироваться процесс подачи фрезы. Чтобы зафиксировать положение окружности при каждом перемещении на подачу S, нам нужно в месте пересечения окружности и колеса рисовать вертикальную линию, которая будет символизировать величину врезания фрезы в заготовку на одну подачу. 9) В результате таких перемещений мы получим следы, оставленные окружностью на колесе, полученные за все подачи. Данное положение показывает нам то, что фреза врезалась в колесо полностью. Дальнейшее продвижение фрезы вдоль нарезаемой поверхности колеса будет так же осуществляться за счет подачи, но нам это не важно, т.к. мы уже получили необходимые для дальнейшего графического построения линии (величины врезания). 10) Далее нам необходимо найти угловой шаг поворота колеса SK . Эта величина характеризует поворот колеса на какой то угол при врезании в корпус следующей по счету пластины. Где z - число зубьев колеса; N - число витков фрезы; п - число пластин в витке. В моём случае: SK = 30 J 8-1 11) Подача на зуб рассчитывается по формуле: где Бф - подача на зуб, мм/об; гф - число зубьев на витке. 2,5 SK = —= 0,3125мм/ зуб
В процессе обкатки измерялись поперечные сечения срезаемого слоя передней поверхности каждого зуба, т.к. максимальные нагрузки подобные зубья испытывают при врезании в заготовку. Силы резания при зубофрезеровании находятся в прямой зависимости от площади данных пятен. По результатам полученных данных о поперечных сечениях срезаемого слоя были построены графики зависимости величины площадей срезаемых слоев от вертикального перемещения инструмента.
На рисунке 2.2 показаны фрагменты имитационного моделирования для полнопрофильной фрезы. Видно, что зуб работает одновременно и верхней, и боковой кромками. В результате образуется сложная трёхэлементная стружка, форма которой затрудняет её благоприятный сход. Г (х0,08)
На рисунке 2.3 показаны зависимости площадей срезаемых слоев от глубины резания. Видно, что наиболее нагружены зубья №3 и №4. Максимальная площадь поперечного сечения срезаемого слоя 2,8 мм2 (зуб №4). Нагрузка зуба №4 достигает максимума в середине зубонарезания (подачи №№80-90). Зуб № 3 нагружен более равномерно, максимальная площадь поперечного сечения срезаемого слоя =1,5 мм2. Зубья №2 и №5 менее нагружены, максимальные площади равны, соответственно, 1 и 1,2 мм2. прогрессивной схемой резания.
На рисунке 2.5 представлены фрагменты поперечного сечения срезаемого слоя для прогрессивной фрезы. Имитационное моделирование показывает, что прогрессивные зубья работают разными частями - один зуб врезается верхней кромкой, другой - боковыми. В результате происходит разделение стружки на части, что облегчает её сход, уменьшает нагрузку на кромку зуба и, как следствие, силы резания.
Рассчитаем геометрию реек прогрессивной фрезы. Прогрессивные зубья отличаются от полнопрофильных на соответствующие величины завышения ei и заужения ег. Размеры Єї и ег выбираются в зависимости от модуля, числа зубьев нарезаемого колеса и числа заходов фрезы. Номинальное завышение Єї для однозаходной фрезы с модулем 5 составляет 0,2 мм, номинальное заужение ег для этой же рейки равно 0,15 мм. Значения ei и ег получены на основе теоретических и экспериментальных исследований при зубофрезеровании колёс модуля 2...2,5 фрезами с числом зубьев zo = 12 и модуля 2,5... 10 мм с zo =10. При числе зубьев, отличном от этих значений, табличные величины ei и ег необходимо умножать на поправочный коэффициент К , который считается по формуле (для фрез с модулем 2,5... 10 мм):
Тестовая задача силового нагружения
Исходным объектом для применения МКЭ является материальное тело (в общем случае - область, занимаемая сплошной средой или полем), которое разбивается на части - конечные элементы (КЭ), как показано на рисунке 3.1. В результате разбивки создаётся сетка из границ элементов. Точки пересечения этих границ образуют узлы [140]. На границах и внутри элементов могут быть созданы дополнительные узловые точки. Ансамбль из всех конечных элементов и узлов является основной конечно-элементной моделью деформируемого тела. Дискретная модель должна максимально полно покрывать область исследуемого объекта.
Выбор типа, формы и размера конечного элемента зависит от формы тела и вида напряжённо-деформированного состояния. Стержневой КЭ применяется для моделирования одноосного напряжённого состояния при растяжении (сжатии), а также в задачах о кручении или изгибе. Плоский двумерный КЭ в виде, например, треугольной или четырёхугольной пластины используется для моделирования плоского напряжённого или плоского деформированного состояния. Объёмный трёхмерный КЭ в виде, например, тетраэдра, шестигранника или призмы служит для анализа объёмного напряжённого состояния. КЭ в форме кольца применяется в случае осесимметричного напряжённого состояния. Для расчёта изгиба пластины берётся соответствующий плоский КЭ, а для расчёта оболочки используется оболочечный КЭ или также изгибаемый плоский элемент. В тех зонах деформируемого тела, где ожидаются большие градиенты напряжений, нужно применять более мелкие КЭ или элементы большего порядка.
Конечные элементы наделяются различными свойствами, которые задаются с помощью констант и опций. Например, для стержневого ферменного КЭ указывается площадь поперечного сечения, а если моделируется трос, работающий только на растяжение, то назначается соответствующая опция. Для плоских несгибаемых КЭ может указываться толщина и задаваться вид напряжённого состояния: плоское напряжённое, плоское деформированное или осесимметричное. Для плоских изгибаемых и оболочечных КЭ должна задаваться толщина.
Все элементы и узлы нумеруются. Нумерация узлов бывает общей (глобальной) для всей конечно-элементной модели и местной (локальной) внутри элементов. Нумерацию элементов и общую нумерацию узлов желательно производить так, чтобы трудоёмкость вычислений была наименьшей. Существуют алгоритмы оптимизации этой нумерации. Должны быть определены массивы связей между номерами элементов и общими номерами узлов, а также между местными и общими номерами узлов.
Для расчета полей различных физических величин с помощью МКЭ в рассматриваемой области необходимо определить материалы элементов и задать их свойства. В задачах деформирования, прежде всего, нужно указать упругие свойства - модуль упругости и коэффициент Пуассона. Если предполагается пластическое течение, то необходимо задать истинные диаграммы деформирования, которые аппроксимируются билинейными или мультилинейными кривыми. Когда тело неравномерно нагрето, указанные выше механические свойства требуется задать для ряда температур и, кроме того, нужно ввести коэффициент теплового расширения. Для динамических задач необходимо определить плотность материала и, возможно, коэффициент вязкого демпфирования.
В стационарных задачах теплопроводности для выбранного материала тела должен быть задан коэффициент теплопроводности. При нестационарной теплопроводности нужно дополнительно знать плотность материала и его теплоёмкость. Если рассматривается нелинейная задача теплопроводности, то указанные физические свойства требуется определять как функции температуры.
Состояние тела характеризуется конечным числом независимых параметров, определённых в узлах конечно-элементной сетки. Такие параметры называются степенями свободы. В рассматриваемых ниже деформационных задачах в качестве степеней свободы применяются перемещения узлов, среди компонентов которых могут быть и угловые перемещения. В задачах теплопроводности степенями свободы являются температуры узлов.
Координаты узлов, перемещения узлов и произвольных точек элементов, силы и другие объекты могут определяться в различных системах отсчёта (системах координат). В алгоритме МКЭ используются общая (глобальная) система координат, привязанная ко всей конечно-элементной модели как показано на рисунке 65, и местные (локальные) системы координат, связанные с конкретными конечными элементами, в силу чего их называют элементными системами отсчёта. Переход от одной системы отсчёта к другой производится с помощью матриц преобразования.
В деформационной задаче число степеней свободы одного узла зависит от типа задачи и от системы отсчёта. На рисунке 65 показан узел і, имеющий в общей системе координат х, у, z три степени свободы, составляющих узловой вектор степеней свободы (перемещений). В общей системе координат этот вектор может быть записан в виде. Если узел / имеет п, степеней свободы, а конечный элемент включает пе узлов, то число степеней свободы одного элемента равно пе х «,. Число степеней свободы всей модели, имеющей п однотипных узлов равно N = пхп, Набор всех степеней свободы модели составляет общий (глобальный) вектор степеней свободы (то есть узловых перемещений модели), в котором нумерация степеней свободы может быть общей (глобальной) или по номерам узлов с добавлением индекса узловой степени свободы {"} = V и. ", .=. и, .V и„. (21) где {Щ-подматрица, составленная из всех я, компонентов перемещения узла і. В частности, для трёхмерной задачи при использовании общей декартовой системы координат х, у, z эта подматрица является вектором перемещений узла (1). Переход от узловой нумерации к общей очевиден. Например, для рассмотренного выше случая трёх степеней свободы в узле формулы преобразования имеют следующий вид: Uix = U3i-2 Uiy W3/-l U,z — U3i (22) Для тепловой задачи один узел с глобальным номером / имеет одну степень свободы - температуру Тг. Общий (глобальный) вектор степеней свободы в этом случае имеет вид: {г}-. Г
Поверхности равных напряжений оі стандартной фрезы и фрезы с прогрессивной схемой резания
Суть разработанной методики заключается в следующем: выбираются по чертежу и справочным данным вид обработки, режимы резания, инструментальный материал, геометрические параметры режущей части и задается коэффициент запаса прочности. Затем по методике разработанной автором определяются: конструктивные параметры инструмента, напряженно-деформированное состояние режущих пластин на основе МКЭ. По полученным результатам о напряженно-деформированном состоянии СТП определяется коэффициент запаса прочности. В случае, когда расчетное значение коэффициента запаса прочности получается меньше заданного, необходимо изменить конструктивные параметры СТП и повторить расчет.
На основании результатов исследования создана конструкция сборной червячной фрезы с прогрессивной схемой резания, показанная на рисунке 5.2. Рисунок 5.2 - Сборная червячная фреза с прогрессивной схемой резания Сборная червячная фреза с прогрессивной схемой резания содержит корпус 1 с продольными пазами, в которых установлены опорные 2 и упорные 3 рейки, образующие инструментальные блоки, которые, в свою очередь, закреплены винтами 10 с помощью зажимных 8 и упорных 7 сухарей от осевого смещения, режущие элементы 4 (зауженные на величине Єї) и 5 (заниженные на величину ег) базируются в угловых пазах упорных реек с помощью зажимных клиньев 6 винтами 10.
Так же разработана сборная червячная фреза, показанная на рисунке 5.3 [144-146, 149, 150]. Фреза содержит корпус 1 с рядами продольных пазов, в которых установлены упорные рейки 2, которые, в свою очередь, закреплены винтами 8 с помощью зажимных 4 и опорных сухарей 5 от осевого смещения, режущие элементы 3 базируются в угловых пазах упорных реек и закреплены с помощью винтов 7 прижимными клиньями 6.
Представленная разработка относится к машиностроению, в частности к металлообработке. Цель этой разработки - повышение удобства обслуживания фрезы за счёт применения неперетачиваемых твердосплавных пластин, расширение технических возможностей фрезы, а также повышение производительности зубофрезерования за счёт замены быстрорежущей стали твёрдым сплавом.
На рисунке 5.4 представлена спроектированная сборная червячная фреза с пластинами из твердого сплава. Корпус 1 фрезы имеет два конических витка (захода), образующие конусы которых направлены в противоположные стороны. Витки расположены на корпусе фрезы по спирали. Неперетачиваемые твердосплавные пластины 3 закреплены в пазах 2 фрезы при помощи клина, который прижимает пластину к опорной поверхности фрезы. Клин 4, прижимается к корпусу фрезы винтом 5. Предохраняет пластину от осевых перемещений штифт 6, на который садится пластина в пазу фрезы.
При замене сломанной пластины 3 выкрутить винт 5, достать клин 4, снять со штифта 6 сломанную пластину 3. Одеть на штифт 6 новую пластину, прижать клином 4 и затянуть винтом 5.
По проделанной работе спроектировали СТП для реализации прогрессивной схемы резания в сборной конструкции червячной фрезы, показанные на рисунке 5.5.
Деталь «Шестерня косозубая Z=30» является частью КПП (Коробки перемены передач). Коробка перемены передач АР.02.02.000-03, показанная на рисунке 5.7, используется в подъёмнике для ремонта скважин АПРС-40, монтирующемся на шасси автомобилей КрАЗ-260, 260Г, Урал-4320 и эксплуатирующемся в условиях умеренного климата и холодного климата макроклиматического района. Передаваемая мощность - 240 кВт.
Назначение данной шестерни - передача крутящего момента. Число зубьев Z = 30, модуль m = 5. Вид шестерни - косозубая, смещение X = 0. Делительный диаметр d = 168,54 мм. Диаметр ступицы = 80 мм. Деталь представляет собой шестерню с выступающей с одной стороны ступицей. На внутренней поверхности ступицы имеются пазы для восьмизубого шлицевого вала (D-8x56x65H7xl0D9 ГОСТ 1139-80), как показано на рисунке 5.8. Материал детали - Сталь 40Х ГОСТ 4543-71. 1. Разработаны новые сменные режущие пластины для реализации прогрессивной схемы резания в сборных червячных фрезах. 2. Разработана новая конструкция сборной червячной фрезы с прогрессивной схемой резания, позволяющей обеспечить минимальную неравномерность фрезерования и повышение эффективности инструментов с СТП. При повышении скорости резания в 2 раза поперечное сечение среза на зуб фрезы уменьшается так же в 2 раза, что позволяет догрузить зуб фрезы до допустимых величин опасных напряжений растяжений а і путем увеличения подачи в 1,5 раза.
