Введение к работе
Актуальность темы. В машино- 'и приборостроении используют металлические детали, имеющие цилиндрические полости с винтовыми элементами на боковой поверхности. Эти детали немногочисленны по номенклатуре, однако очень важные по назначению. К ним относятся цилиндрические косозубые шестерни с внутренним зацеплением, матрицы пресс-форм для изготовления литьем или прессованием пластмассовых цилиндрических косозубых шестерен с наружным зацеплением, детали соединений и другие. Условия эксплуатации определяют высокие требования к деталям по их качеству: механическим свойствам материала, форме, размерам, шероховатости поверхности.
Указанные полости ранее изготавливали преимущественно обработкой резанием. Этот способ обработки весьма дорогостоящий, кроме того, в техническом отношении он имеет серьезные ограничения (особенно при изготовлении глубоких полостей с малыми поперечными размерами). Обработкой резанием весьма трудно или невозможно удовлетворить высоким требованиям по качеству деталей.
Развитие процесса холодного выдавливания выявило возможность эффективного использования этого процесса для изготовления пластическим деформированием в металлических заготовках полостей сложной формы и, в частности, имеющих винтовые элементы на боковой поверхности. Выполненные в последние десятилетия в России технологические и конструкторские разработки, а также научные исследования выявили широкие технологические возможности применения холодного выдавливания для изготовления винтовых элементов различной формы поперечного сечения. Угол наклона винтовых
элементов к оси полости может составлять до 35. Внутренний диаметр (по вершинам выступов) изготовленных выдавливанием полостей деталей разного назначения находится в пределах от 8 мм до 60 мм. Указанный диапазон не является предельным. Изготавливаемая выдавливанием полость по глубине не имеет ограничения (в практическом смысле). Материалом заготовок могут быть сталь разных марок, цветные металлы и их сплавы.
Качество полостей, изготовленных холодным выдавливанием, по точности размеров и шероховатости поверхности удовлетворяет высоким требованиям, предъявляемым к деталям машин, приборов, технологической оснастки. Пластическим деформированием технически значительно проще обеспечить изготовление одинаковых полостей (в пределах всех деталей, обработанных одним инструментом).
По оценке предприятий, применение холодного выдавливания вместо обработки резанием позволяет при изготовлении винтовых
элементов эвольвентного профиля повысить производительность труда в 10... 15 раз и снизить общие затраты на изготовление в 5...10 и более раз.
Применяя новую технологию, можно значительно расширить номенклатуру изготавливаемых деталей.
Однако в связи с исключительной сложностью процесса деформации реализовать в должной мере возможности новой технологии можно лишь при наличии глубокого научного обоснования технических решений. Между тем, как показано в обзоре публикаций, рассматриваемый процесс исследован недостаточно.
Работа выполнена в соответствии с Государственной научно— технической программой на 1999—2000 годы "Производственные технологии" по теме НИР М-0504 "Научные основы производственных технологий" и Государственной программой на 1998—2000 годы "Университеты России" по теме М5-18-0513.
Цель работы: разработка научно обоснованных рекомендаций по
проектированию технологии изготовления пластическим
деформированием винтовых элементов на боковой поверхности в металлической заготовке.
Для достижения указанной цели поставлены и решены следующие задачи:
-
Определение деформированного и напряженного состояний поверхностного слоя торца заготовки, в который происходит внедрение пуансона.
-
Выявление зон на торце заготовки, опасных в отношении разрушения деформируемого материала.
-
Разработка методики расчета усилия и работы деформирования.
-
Разработка рекомендаций по определению технологических параметров формообразования винтовых элементов на боковой поверхности цилиндрической полости.
Методы исследования: деформированное и напряженное состояния торца заготовки нсследованЫ экспериментально методом делительной сетки, по результатам указанного исследования определены зоны, в которых возможно разрушение материала; задача об определении усилия решена математически с использованием метода баланса работы.
Научная новизна работы:
-
Дана количественная оценка всех параметров напряженно -деформированного состояния поверхностного слоя торца заготовки в нескольких последовательных стадиях внедрения пуансона.
-
Определены зоны, в которых ресурс пластичности наименьший.
-
Установлено, что вследствие преобладания в схеме напряженного состояния растягивающих напряжений возможно разрушение поверхностного слоя материала заготовки. Сформулировано условие сохранения сплошности деформируемого материала.
4. Разработаны и подтверждены экспериментально формулы для расчета усилия деформирования в любой стадии внедрения пуансона при изготовлении холодным выдавливанием цилиндрических полостей с прямобочными винтовыми элементами на боковой поверхности.
Автор защищает: результаты экспериментального исследования напряженно - деформированного состояния поверхностного слоя торца заготовки; вывод о возможности разрушения материала на торце заготовки и предложенную расчетную зависимость для оценки пригодности назначенного чертежом материала заготовки к деформированию без разрушения; методику расчета усилия и работы деформирования в процессе внедрения пуансона с прямобочными винтовыми элементами, равномерно расположенными на боковой поверхности; практические рекомендации по разработке технологии изготовления холодным выдавливанием цилиндрических полостей с винтовыми элементами на боковой поверхности.
Достоверность результатов работы: экспериментальное исследование выполнено с использованием апробированных методик постановки экспериментов и обработки их результатов; приемлемость математической модели, использованной при определении усилия деформирования, и расчетные зависимости, установленные на ее основе, подтверждены экспериментально (отклонение расчетных значений усилия от экспериментальных составляет-7...+8 процентов).
Практическое значение работы: разработаны практические рекомендации по проектированию технологии изготовления холодным выдавливанием цилиндрических полостей с винтовыми элементами на боковой поверхности, по расчету технологических параметров процесса деформирования, по конструированию рабочего инструмента; научные результаты выполненного исследования включены в лекционный курс "теория обработки металлов давлением", использованы в дипломном проектировании: автор в Китайской Народной Республике получил поддержку "Шаньси провинциальный фонд науки" в выполнении исследований по совершенствованию и использованию технологии формообразования холодным выдавливанием винтовых элементов.
Апробация и публикации работы. Результаты работы доложены на научно - техническом семинаре кафедры "Импульсные устройства и автоматические роторные линии" БГТУ "Военмех" и опубликованы в трёх статьях.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, общих выводов и списка использованной литературы. Работа изложена на 162 страницах, включающих 68 рисунков и 15 таблиц.
