Введение к работе
В диссертации приведены теоретические и экспериментальные исследования по решению научной проблемы технологического обеспечения и повышения качества резьбовых соединений исходя из их функционального назначения.
Актуальность проблемы. Одной из основных задач машиностроения на современном этапе, наряду с обеспечением высокого технического уровня, является повышение качества машин и механизмов, что в свою очередь определяет рентабельность их эксплуатации, затраты материальных и трудовых ресурсов на выпуск новых изделий, а во многих случаях и безопасность их эксплуатации. Надежную работу изделия в целом во многом определяет качество резьбовых соединений, которые имеют чрезвычайно широкое применение в различных изделиях машиностроения и составляют 15-20% от общего количества соединений в современных машинах, а в некоторых отраслях промышленности их доля доходит до 70% всех механических соединений.
С помощью резьбы получают неподвижные соединения, обеспечивающие точную фиксацию относительного положения деталей, и подвижные, предназначенные для преобразования вращательного движения в поступательное или для создания значительных осевых усилий. К показателям качества резьбовых соединений относятся: статическая прочность, усталостная прочность, стопорящие свойства и их стабильность – для неподвижных резьбовых соединений; износостойкость – для подвижных резьбовых соединений. Обеспечение вышеуказанных показателей качества в настоящее время осуществляется в большинстве случаев посредством конструкторских методов. Это в свою очередь приводит, как правило, к усложнению конструкции соединения; повышению себестоимости, размеров и массы соединения. В некоторых случаях конструктивными методами решить задачу повышения качества невозможно.
Вышеуказанные качественные показатели неподвижных и подвижных резьбовых соединений в значительной степени определяются точностью соединения, параметрами качества поверхностных слоев сопрягаемых резьбовых деталей (характеристики отклонений формы, шероховатости, физико-механические свойства), формируемые на стадии изготовления резьбы и ее сборки. Обеспечение этих параметров при изготовлении зависит как от свойств материала, так и от ряда технологических факторов, таких как метод и схема формообразования и сборки, конструкция и геометрия инструмента, режимы обработки. Таким образом, возникает необходимость в разработке технологии получения резьбовых деталей, позволяющей стабильно обеспечивать комплекс параметров качества поверхностного слоя витков резьбы, исходя из функционального назначения резьбового соединения. Улучшение качественных показателей неподвижных и подвижных резьбовых соединений сдерживается в настоящее время отсутствием научно-обоснованных методик расчета их эксплуатационных свойств, выбора и нормирования параметров качества рабочих поверхностей резьб, а также методов и режимов обработки и сборки резьбовых соединений. В этой связи, безусловно, актуальными являются исследования, направленные на решение задач по технологическому обеспечению качества резьбовых соединений на основе выбора рациональных способов обработки (в большей степени это касается внутренних резьбовых поверхностей) и сборки резьбовых соединений исходя из их функционального назначения.
Цель и задачи работы.
Цель работы - обеспечение и повышение качества резьбовых соединений на основе технологического обеспечения и повышения качества рабочих поверхностей резьб и эксплуатационных свойств, определяющих их надежность при обработке и сборке.
Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:
-
Установить взаимосвязь эксплуатационных свойств резьбовых соединений, определяющих их надежность и долговечность, с параметрами точности резьб и качества их рабочих поверхностей.
-
Разработать теоретические положения по обеспечению и повышению качества неподвижных резьбовых соединений на основе технологического обеспечения прочности соединения.
-
Разработать теоретические положения по обеспечению и повышению качества подвижных резьбовых соединений трения скольжения на основе технологического обеспечения износостойкости соединения.
-
Разработать методику расчета точности обработки резьбы, позволяющую на стадии технологической подготовки производства выбрать метода получения резьбы и требования к состоянию технологической системы.
-
Разработать методологию выбора методов и определения режимов обработки резьб, обеспечивающих их качество с наименьшей технологической себестоимостью.
-
Разработать технологические методы и инструменты, повышающие качество резьбовых соединений.
-
Провести испытания эксплуатационных свойств резьбовых соединений.
-
Разработать рекомендации по использованию результатов исследований и реализовать отдельные их положения.
Методология проведения исследований. Методологической основой работы является системный подход к изучению и описанию взаимосвязи эксплуатационных свойств резьбовых соединений с параметрами качества поверхности и точностью резьбы, обеспечиваемыми различными методами и условиями изготовления резьбы и сборки соединений. Теоретические исследования базируются на математическом описании взаимосвязи эксплуатационных свойств резьбовых соединений с параметрами качества их рабочих поверхностей и технологией их изготовления и сборки, а также на единстве технологических процессов изготовления и эксплуатации.
Научная новизна работы.
1.Получены теоретические уравнения по расчету эксплуатационных свойств резьбовых соединений, учитывающие качественные параметры резьб. Их анализ позволил установить параметры качества резьб, определяющих их долговечность.
2.Установлено условие равнопрочности резьбовых соединений и предложены условия обработки, обеспечивающие эту равнопрочность.
3.Получены теоретические уравнения, позволяющие рассчитывать погрешность обработки внутренних резьб.
4.Разработаны новые комбинированные инструменты (получен патент), позволяющие повысить качество обработки резьб в труднообрабатываемых материалах.
5.На условии рассмотрения единства процессов изготовления и эксплуатации резьбовых соединений разработана технология гладкорезьбовых соединений, обеспечивающая повышение надежности соединений шпилька-корпус из алюминиевых и магниевых сплавов и возможность автоматизации процесса сборки.
Автор защищает следующие основные положения:
1.Решение научной проблемы технологического обеспечения и повышения качества резьбовых соединений, заключающейся в выборе технологических методов и определении условий изготовления исходя из функционального назначения, и в разработке новых комбинированных инструментов, применении электромеханической обработки, создании гладкорезьбовых соединений, обеспечивающих повышение эксплуатационных свойств резьбовых соединений.
2.Установленные качественные параметры резьб, определяющие их эксплуатационные свойства.
3.Теоретические уравнения для расчета погрешности обработки внутренних резьб.
4.Установленные возможности технологических методов и условий обработки в обеспечении качественных параметров резьб.
5.Разработанные новые конструкции инструментов для обработки внутренних резьб в труднообрабатываемых материалах.
6.Установленную возможность применения ЭМО для обработки наружных трапецеидальных резьб.
7.Технологию гладкорезьбовых соединений.
Практическая ценность работы.
-
Технология обработки и конструкция комбинированных метчиков с винтовым затылованием по профилю резьбы (из быстрорежущей стали и оснащенных твердосплавными пластинками) для резьб М6…М36 в материалах средней пластичности. Конструктивные и геометрические особенности инструмента позволяют получить на калибрующей части бочкообразную форму зуба, что исключает подрезание профиля калибрующими витками, способствует уменьшению шероховатости по боковым сторонам профиля, и обеспечивают получение шероховатости резьбы Ra до 1,25мкм и точность 4Н.
-
Технология обработки и конструкция комбинированных метчиков-протяжек для резьб диаметром свыше 40мм с крупным шагом в различных материалах при обработке их на универсальных токарных станках в условиях мелкосерийного и серийного производства. Благодаря наличию в конструкции режущей и режуще-деформирующей секций таким метчиком-протяжкой можно получать резьбу точностью 4Н и шероховатостью Ra=0,5…0,8мкм.
-
Технология обработки и конструкция круглых многониточных резцов для резьб диаметром свыше 24мм в различных материалах при обработке их на токарных станках с ЧПУ в условиях серийного производства. Резец обеспечивает комбинированную схему резания, позволяющую производить обработку за 3-4 рабочих хода, при этом обеспечивается стабильная точность по среднему диаметру в пределах 0,01…0,02мм, шероховатость боковых сторон профиля Ra до 1,25мкм.
-
Технология и конструкция одинарных комбинированных метчиков для резьб М6…М36 с шагом до 2,5мм в корпусах из алюминиевых и магниевых сплавов для серийного и массового производства при обработке на агрегатных станках и сверлильных станках с ЧПУ. Наличие в конструкции метчика режущих и деформирующих зубьев позволяет стабильно получать резьбу точностью 4Н и шероховатостью Ra до 0,32мкм.
-
Технология и конструкция комплектных комбинированных метчиков из двух штук для резьб диаметром 24…52мм с шагом более 2,5мм в различных материалах средней и низкой пластичности при обработке на многоцелевых станках с ЧПУ, универсальных сверлильных станках.
-
Технология и технологическое оснащение для электромеханической обработки витков наружной резьбы пары винт-гайка на токарных станках, позволяющую после формирования винтовой поверхности резанием исключить чистовые операции механической обработки и термическую обработку, в связи с чем снизить себестоимость изготовления, повысить производительность и качество резьбы.
-
Технология и технологическое оснащение для сборки гладкорезьбовых соединений в корпусных деталях из алюминиевых и магниевых сплавов на универсальных сверлильных станках и станках с ЧПУ, обеспечивающие высокие и стабильные стопорящие свойства резьбовых соединений, повышение производительности и снижение себестоимости сборки, возможность автоматизации процесса сборки соединения.
-
Стандарты предприятия на раскатники, круглые многониточные резцы и комбинированные инструменты для получения внутренних резьб.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на международных, Всероссийских и региональных научно-технических и научно-практических конференциях: «Машиностроение и техносфера на рубеже XXI века» (Донецк, Украина, 1999); «Актуальные проблемы повышения качества машиностроительной продукции» (Владимир, 1999); «Автотракторостроение. Промышленность и высшая школа» (Москва, 1999); «Новые идеи, технологии, проекты и инновации» (Брянск, 1999); «Технология-2000» (Орел, 2000); «Качество машин» (Брянск, 2001); «Теоретические и технологическое основы упрочнения и восстановления изделий машиностроения» (Новополоцк, Беларусь, 2001); «Технологические системы в машиностроении» (Тула, 2002); «Практика и перспективы партнерства в сфере высшей школы» (Таганрог, 2004); на научно-технических конференция БГТУ (Брянск, 1994-2007); выездном заседании Головного Совета «Машиностроение» под председательством академика РАН Колесникова К.С. (Брянск, 2000); технологических секциях ТГУ (Тула, 2007) и БГТУ (Брянск, 2008).
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка литературы из 162 наименований и приложений. Общий объем диссертации 392 страницы, в том числе 59 рисунков, 29 таблиц и 4 приложения.
Похожие диссертации на Технологическое обеспечение и повышение качества резьбовых соединений
