НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”

ДАНИЛЬЧЕНКО ЛАРИСА МИКОЛАЇВНА

УДК 621.81

ТЕХНОЛОГІЧНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ТОЧНОСТІ ФОРМОУТВОРЕННЯ ВИТИХ ЗАГОТОВОК

05.02.08 - технологія машинобудування

АВТОРЕФЕРАТ

дисертацiї на здобуття наукового ступеня

кандидата технiчних наук

Львів – 2001

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Тернопільському державному технічному університеті

Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник:доктор технічних наук, професор,

Гевко Богдан Матвійович,

Тернопільський державний технічний університет ім. І.Пулюя,

завідувач кафедри “Технологія машинобудування”,

Заслужений винахідник України

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, доцент

Кукляк Микола Лук'янович,

Національний університет “Львівська політехніка” (м. Львів)

професор кафедри “ Технологія машинобудування ”,

кадидат технічних наук, доцент

Марчук Віктор Іванович,

Луцький державний технічний університет (м. Луцьк)

завідувач кафедри “Приладобудування”,

Провідна установа: Національний технічний університет України“

Київський політехнічний інститут”,

кафедра “Технологія машинобудування”

Міністерства освіти і науки України, м. Київ,

Захист відбудеться 21 березня 2001 р. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.052.06 у Національному університеті “Львівська політехніка” за адресою: 79013, м. Львів – 13 , вул. С.Бандери, 12.

З дисертацією можна ознайомитись в науково-технічній бібліотеці Національного університету “Львівська політехніка” за адресою: 79013, Львів-13, вул. Професорська, 1

Автореферат розісланий 19 лютого 2001 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради________________ Форнальчик Є.Ю.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Сучасний стан розвитку машинобудування вимагає істотного покращання експлуатаційних та технологічних параметрів машин і механізмів, які б дали змогу підвищити ефективність виробництва, поліпшити якість продукції, зменшити собівартість її виготовлення. Вирішення цієї проблеми потребує глибокого вивчення відомих технологічних процесів, проведення їх аналізу та створення високоефективних технологій виготовлення деталей машин із високими показниками якості, надійності та довговічності. Зокрема, важливе місце посідає науково-технічна задача, пов'язана з розробленням прогресивних технологічних процесів формоутворення гвинтових заготовок деталей машин підвищеної точності.

Конструювання нових деталей машин передбачає розширення сфери використання механізмів із гвинтовими пристроями та висуває підвищені вимоги до технологічних і конструктивних параметрів гвинтових та кільцевих заготовок, які отримують навиванням. Проте, недостатність теоретичних напрацювань, експериментальних досліджень, нормативно-довідкових даних, що стосуються технології їх виготовлення, обмежують можливості підприємств машинобудівної галузі щодо широкого впровадження у виробництво ефективних методів формоутворення витих заготовок із розширеними функціональними можливостями, додатковими технологічними та конструктивними властивостями.

Впровадження раціональних технологічних процесів формоутворення гвинтових і кільцевих заготовок деталей машин підвищеної точності методами холодного й гарячого навивання економічно доцільне, якщо врахувати специфіку роботи витих деталей та раціональні схеми їх використання у виробничих процесах.

Отже, дослідження, спрямовані на забезпечення необхідної точності формоутворення витих заготовок є актуальними та доцільними на сучасному етапі реорганізації машинобудування, суть якого полягає у впровадженні науково-обгрунтованих технологічних процесів із високими техніко-економічними показниками.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами та темами. Робота виконана відповідно до: координаційного плану важливих науково-дослідних робіт ВУЗів України на 1996-2000 рр., Української державної програми виробництва машин і технологічного обладнання для сільськогосподарської, харчової та переробної промисловостей.

Мета та задачі досліджень. Мета роботи – технологічне забезпечення точності формоутворення витих заготовок деталей машин методами холодного й гарячого навивання, калібрування та проточування.

Для досягнення мети в роботі поставлені і розв'язуються такі задачі :

1. Розробити теоретичні передумови технологічних процесів формоутворення витих заготовок холодним і гарячим деформуванням із відповідними технологічними та конструктивними параметрами.

2. Розробити математичну модель технологічного процесу гарячого навивання гвинтових стрічок заданого кроку та модель напружено-деформованого стану формоутворення гвинтових і U-подібних профілів холодним навиванням.

3. Розробити технологічні схеми виготовлення гвинтових і кільцевих заготовок із граничними й номінальними конструктивними параметрами.

4. Провести теоретичні та експериментальні дослідження процесів формоутворення гвинтових і кільцевих заготовок.

5. Встановити закономірності впливу конструкторсько-технологічних факторів на формування механічних властивостей витих деталей та параметрів точності процесів формоутворення.

6. Визначити оптимальні режими пластичного деформування й механічного оброблення.

7. Розробити технологічні методи холодного й гарячого навивання стрічок із забезпеченням необхідної точності витих заготовок по зовнішньому діаметру та кроку, зменшенням мінімальної різниці між товщиною ребра на зовнішньому та внутрішньому діаметрах, збільшенням питомої висоти гвинтових деталей.

Об'єкт дослідження – прогресивні технологічні процеси виготовлення витих заготовок деталей машин.

Предмет дослідження – технологія формоутворення гвинтових і кільцевих заготовок підвищеної точності методами холодного й гарячого навивання.

Методи дослідження. Теоретичні дослідження ґрунтувались на теоріях пружності й пластичного деформування, методах диференціальних обчислень, аналітичної механіки та візеопластичності. Експериментальні дослідження проводились з використанням методів математичної статистики, оптимального планування експерименту, методу теорії подібності та моделювання, тензометрування, а також запропонованих методик визначення технологічних, силових і конструктивних параметрів, серед яких - метод координатних сіток.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що вперше:

1. Встановлено аналітичні залежності для визначення напружено-деформованого стану згину стрічки на ребро з використанням жорстко-пластичної моделі Мізеса; визначено розподіл напружень, згинальних моментів, приведеного радіусу прикладання сил згину, поздовжніх і поперечних сил.

2. Розроблено математичну модель технологічного процесу формоутворення гвинтових спіралей заданого кроку, яка дозволила встановити аналітичні залежності для визначення технологічних і конструктивних параметрів витих заготовок, одержаних методами холодного та гарячого деформування.

3. Встановлено основні технологічні параметри процесів формоутворення, їх вплив на показники точності та експериментально підтверджено їх відповідність розрахованим значенням.

4. Розроблено інженерну методику проектування технологічного процесу, устаткування й спорядження для виробництва гвинтових і кільцевих заготовок.

5. Розроблено прикладне програмне забезпечення оптимальних конструкторсько-технологічних параметрів формоутворення витих заготовок деталей машин.

Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що:

1. Розроблено технологічні схеми формоутворення гвинтових і кільцевих заготовок підвищеної точності, а також конструкції устаткування й спорядження для їх виготовлення.

2. Отримано оптимальні режими технологічних процесів виготовлення гвинтових і кільцевих заготовок.

3. Розроблено технологічний процес формоутворення U-подібних профілів деталей машин з комплектами конструкторської документації устаткування й спорядження для їх реалізації.

4. Спроектовано, випробувано й впроваджено на ВАТ “Тернопільський комбайновий завод” уставу для виготовлення гвинтових стрічок робочих органів бурякозбиральних машин, а також фіксаторів вузлів мотоблоків на приватних підприємствах “Союз” і “Універст” м. Тернополя.

Особистий внесок здобувача полягає в тому, що автором безпосередньо розроблені теоретичні [11,12] та технологічні основи [1,5] процесів формоутворення гвинтових і кільцевих заготовок, досліджені методи їх виготовлення холодним [12] і гарячим деформуванням [4], запропоновані способи підвищення точності формоутворення витих деталей [6,13], проведено теоретичне й експериментальне обґрунтування конструкторсько-технологічних параметрів витих спіралей [7], опрацьовано результати досліджень [3,11,14], розроблено конструкції верстату та пристроїв для виготовлення гвинтових і кільцевих заготовок деталей машин [2,9,10], захисних пристроїв устаткування [8]. Основні результати роботи отримано автором самостійно. Постановка задач, аналіз і трактування результатів виконано спільно з науковим керівником та, частково, із співавторами публікацій.

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати роботи доповідались й обговорювались на: науково-практичних конференціях Тернопільського державного технічного університету імені І.Пулюя (Тернопіль, 1996,1997,1998,1999), Міжнародній практичній конференції (Вінниця, 1996); 4-му Міжнародному симпозіумі українських інженерів-механіків (Львів, 1999); науково-практичній конференції Луцького державного технічного університету (Луцьк, 1999); 15-й Міжнародній науково-технічній конференції “Прогресивні технології в машинобудуванні” (Одеса, 2000); засіданні кафедри технології машинобудування державного університету “Львівська політехніка” (Львів, 2000). Робота доповідалась та отримала позитивний відгук на розширеному засіданні науково-технiчного семiнару Тернопільського державного технічного університету імені І.Пулюя.

Публікації. Результати наукових досліджень викладені у 14 друкованих працях, з яких 6 статей (1 одноосібна) у фахових виданнях, решта – у трьох тезах доповідей, одному депонованому рукопису, двох авторських свідоцтвах на винаходи, одному патенту та одному позитивному рішенні на видачу патента України.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних літературних джерел із 163 назв, додатків. Загальний обсяг роботи 246 сторінок, в т. ч. 76 рисунків і 11 таблиць, додатків на 50 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність проблеми підвищення точності витих заготовок деталей машин і необхідність створення та дослідження раціональних технологічних процесів їх формоутворення. Сформульовано мету, об'єкт, предмет, методи досліджень та задачі, які розв'язуються у роботі, окреслено наукову новизну й практичне значення отриманих результатів. Наведено інформацію про апробацію, структуру та обсяг роботи.

У першому розділі “Сучасний стан застосування технологічних методів формоутворення гвинтових і кільцевих заготовок деталей машин” проведено огляд літературних джерел стосовно шляхів підвищення точності технологічних процесів виготовлення гвинтових заготовок деталей машин. Проаналізовано методи одержання гвинтових заготовок пластичним деформуванням та результати їх практичного застосування. Подано аналіз чинників, які мають вирішальний вплив на точність процесів формоутворення. Визначено вплив температури, ступеня й швидкості деформації на опір деформуванню, а також вплив умов деформування згином на формування необхідних фізико-механічних і конструктивних параметрів витих заготовок. Встановлено, що технологічнішими є методи, за яких формоутворення спіралей здійснюється навиванням стрічкової заготовки на оправи. Проте, досліджувані технології навивання є недосконалими та працемісткими внаслідок низької точності витих поверхонь і розмірів гвинтових заготовок, практично відсутні технологічні процеси навивання спіралей з відношенням ширини до товщини в межах 5-10 і спеціальне технологічне устаткування для їх реалізації.

У другому розділі “Теоретичні дослідження процесів формоутворення гвинтових і кільцевих заготовок деталей машин” розроблено теоретичні передумови технологічних процесів холодного та гарячого навивання стрічкових заготовок на ребро. Отримані результати свідчать про можливість формоутворення витих заготовок із питомою висотою b=В/Н>5, що досягнуто підвищенням стiйкості процесу згинання за рахунок притискання внутрiшнього ребра стрічки з одночасним зменшенням плеча прикладання згинальної сили.

Встановлено, що під час згинання реалізується плоско-деформований напружений стан. Характер розподілу згинального моменту М, поздовжнiх N і дотичних сил розглянуто у зонi деформацiї для того, щоб визначити дiлянку, де дотичнi напруження зводяться до мiнiмуму.

Пластична деформацiя по колу оправи розподiляється вiд точки O1(r, q1) до O2(r,q2) (рис. 1). Рiвняння рiвноваги дiлянки стрiчки злiва вiд радiального перерізу з миттєвою координатоюq :

(1)

де PS - сумарна вертикальна складова зусилля згинання Р та зусилля формоутворення потовщеного профілю зовнішнього ребра, PS=Р+Рпп, тут Рпп,=(0,04-0,08)Р;

fr - приведений коефiцiєнт тертя у мiсцi прикладання поперечної сили;

fо - коефiцiєнт тертя стрiчки по оправi;

F - рiвнодiйна нормальних контактних напружень з кутом прикладання qF;

l - плече прикладання сили ;

- момент від тангенційних напружень по висоті заготовки H з внутрішнім радіусом r та шириною витка s.

Момент зв`язаний із поздовжньою розтягувальною силою залежністю:

, (2)

де rпр - приведений радiус прикладання сили N, .

Задача згинання поперечною силою зведена до згинання вiд одночасної дiї моменту та поздовжньої сили N, якi дiють у граничному перерізі q®q2. Експериментальні дослiдження підтвердили, що значення кутiв q1 і q2 відносно малі, а напрям рiвнодiйної F практично спiвпадає з напрямом осi Оr.

Рівняння рiвноваги (1) для напруженого стану в елементарному об'ємi із координатою q®q2 з урахуванням умов згинання зведено до вигляду:

, (3)

де hr - товщина поперечного перерізу на вiдстанi r вiд центра кривини;

sr, sq - вiдповiдно радiальне, тангенцiйне напруження.

(15)

Встановлено, що для двокутового згину повне зусилля згинання й поперечна згинальна сила залежать не тільки від матеріалу та розмірів заготовки, але й від зусилля згинання, тобто від радіусів заокруглення оправи та ролика, величини зазору між ними, а також від трібологічних характеристик спрягуваних поверхонь.

Теоретичними дослідженнями напружено-деформованого стану процесів формоутворення гвинтових поверхонь гарячим навиванням в крок виведено рівняння рівноваги для довільно виділеного елементу заготовки, що деформується

у зоні розтягу:

(16)

у зоні стиску:

де k - кривина витка радіусом ;

- межа текучості для одноосного розтягу.

Рівняння (16) зведено до розв'язку диференціального рівняння

, (17)

де - параметр кроку, .

З урахуванням розв'язку рівняння (17) визначено зміну радіальних напружень

у зоні розтягу:

(18)

у зоні стиску:

Радіус нейтральної поверхні напружень отримано об'єднанням рівнянь (18):

. (19)

Нейтральний радіус деформації розміщений на віддалі bн від внутрішнього краю заготовки, яка дорівнює:

. (20)

Виведено залежність для розрахунку моменту навивання стрічок заданого кроку:

, (21)

де та - коефіцієнти, що враховують відповідно кривину оправи під час навивання та довжину l прикладання сили згинання; вони визначаються з виразів:

; =. (22)

З урахуванням (22) встановлено характер зміни зусилля гарячого навивання:

. (23)

Розрахунок процесів холодного деформування гвинтових і кільцевих заготовок здійснювали за технологічною схемою: розрізування стрічки на мірні заготовки, формування кінця для закріплення на оправі, навивання суцільного пакету витків на оправу donp (рис. 3а); розтягування витків на крок Т1, калібрування витків на валі шнека діаметром d, кроком Т (рис. 3в). У процесі навивання щільних пакетів на оправу великого діаметра відбувається пружне розкручування витків радіусом кривини rроз та збільшення їх внутрішнього діаметра після навивання й розтягування (рис. 3б). Встановлено, що величина пружного розкручування залежить від кривини згинання та силових параметрів процесу. Якщо навивання здійснюється за рахунок дії крутного моменту Мн із значним плечем прикладання сили згинання, то зміна кривини в результаті розкручування витків описується залежністю:

, (24)

де Е - модуль пружності;

I - момент інерції площі поперечного перерізу спіралі, І =.

Виведено залежність для моменту навивання витків у суцільний пакет:

Мн = 1,5Н, (25)

де - коефіцієнт нерівномірності витягування.

Середній діаметр навитих витків після розкручування визначається з виразу:

. (26)

Визначено похибку зміни внутрішнього діаметра щільного пакету витків розсіювання кривини в процесі розкручування

, (27)

де - похибка кривини, ;

- похибка виготовлення оправи, дорівнює допуску на розмір .

Встановлено, що похибку внутрішнього діаметра виготовлення пакету доцільно визначати за експериментальними значеннями похибки діаметра do від розкручування. Доведено, що у розрахунках точності процесу холодного навивання слід враховувати можливі похибки лише за одним незалежним параметром, наприклад, кроком, який отримується останнім і є завершальною ланкою складного просторового розмірного ланцюга.

Здійснено оцінку впливу похибок оброблення на поле розсіювання кроку DТ :

(28)

де a - кут підіймання витка по внутрішньому діаметру;

Ddо - похибки, які враховують допуск на виготовлення оправи та розсіювання розмірів внутрішнього діаметра пакету в результаті пружного розкручування витків;

d B - допуск на ширину заготовки;

Dd - похибки внутрішнього діаметра розтягнутих витків.

Розраховано конструкторсько-технологічні параметри пристроїв і спорядження із врахуванням виведених залежностей та проведених теоретичних досліджень.

У третьому розділі “Програма, методика та результати експериментальних досліджень” перевірено адекватність приведених теоретичних викладок і отримано додаткові дані про особливості досліджуваних технологічних процесів.

Згідно з програмою розроблено верстат для виготовлення гвинтових заготовок гарячим навиванням стрічки в спіраль на ребро (рис. 4). Нагріта стрічка 15 встановлюється між пазовими 17 і роликовими 14 напрямними, розташованими в опорі 13 та фіксується на циліндричній оправі 16 затискним пристроєм 12. Привідний механізм, розташований у напрямних 2 і 11 рами 10, містить редукційний пристрій 3 і двигун 7, який через пару шестерень 19 обертає оправу, а через пару змінних шестерень 20, шестерні 6 і 4 та передачу гвинт-гайка 5,8 переміщує редукційний пристрій вздовж напрямних. Таким чином, в процесі обертання формотвірна оправа, крайні положення якої обмежені кінцевими вимикачами 1 і 9, одночасно здійснює поступальний рух, тим самим забезпечує навивання на себе стрічки в спіраль на ребро з одночасним калібруванням її кроку. Для попередження заклинювання в процесі роботи оправа з редукційним пристроєм з'єднана муфтою 18. Зміною набору шестерень блоку 20 здійснюється налаштування на крок навивання.

Розроблено методику експериментальних досліджень, згідно з якою проведено статичні та динамічні дослідження, вимірювання технологічних, силових і конструктивних параметрів витих заготовок та їх випробовування в лабораторних і виробничих умовах.

Досліджено процеси навивання стрічок з матеріалів сталь 08 кп (=276 МПа, П = 483 МПа) і Ст 3 (=368МПа, П=526МПа) товщиною 1-6 мм, шириною 8-40 мм на оправи радіусом 14, 18, 24, 27, 30 і 40 мм з використанням обтискної втулки діаметром 66 мм та радіусом заокруглень робочого ребра 4,5 мм.

За результатами експериментальних досліджень технологічних процесів холодного й гарячого навивання (рис.5-10) уточнено характер зміни зусиль і моментів. Залежності на графіках одержані в результаті статистичного оброблення даних із п'ятикратним повторюванням дослідів у кожній точці, коефіцієнт варіації змінювався в межах 11-16%.

Встановлено, що згинальний момент змінюється пропорційно товщині стрічки, зменшення відносного радіуса згину призводить до зростання Мн. Так, у разі згинання стрічок з відносним радіусом згину r'=r/B=0,7 момент навивання на 9-11% більший, ніж з відносним радіусом r'=1,1 і на 25-30% більший у випадку r'=1,5. Збільшення сили попереднього радіального притискання Рпр істотно зменшує довжину плеча прикладання згинальної сили, що збільшує момент навивання.

Рис.5. Залежність зусилля холодного навивання на оправу d=40 мм від ширини стрічки для заготовок:1-сталь 08 кп, Н=5 мм; 2-Ст 3, Н=5,5 мм Рис.6. Зміна зусилля в процесі холодного навивання n витків стрічки матеріалу сталь08кп Н=2,5мм; В=20 мм; d=20 мм з попередньою силою притискання:1-Fnp=1000 H,2-Fnp=1200 H

Рис.7. Зміна зусилля холодного навивання від діаметра оправи для заготовок матеріалу Ст 3, Н=3,5 мм : 1- B=15 мм, 2- B=25 мм Рис.8.Залежність зусилля гарячого навивання від товщини заготовки матеріалу:1-сталь 08кп, 2-Ст3 (d=198 мм, D=260 мм)

Рис.9. Зміна моменту холодного навивання від діаметра оправи для заготовок матеріалу Ст 3, Н=3,5 мм: 1-B=15 мм; 2-B=25 мм Рис.10. Залежність моменту гарячого навивання від ширини заготовки матеріалу: 1- сталь 08 кп, 2- Ст 3 (Н=10 мм; d=198 мм)

Задана точність виготовлення витих заготовок методом навивання на оправу забезпечується необхідною точністю спіралей за зовнішнім діаметром і характеризується зміною ширини заготовки, усадки стрічки та коефіцієнта нерівномірності витягування розтягом на заданий крок. В процесах формоутворення навиванням усадка стрічки залежить від пластичності матеріалу, ступеня деформації, співвідношення товщини й ширини заготовки, відносного радіуса згину (рис.11), значення плеча прикладання згинальної сили, а також від конструктивних параметрів пристрою.

Доведено, що твердження про постійність коефіцієнта нерівномірності витягування в процесі розтягування плоского витка в спіраль не завжди справедливе - експериментальні дослідження підтвердили залежність ступеня витягування від відношення кроку спіралі до її внутрішнього діаметра, відношення ширини витка до радіуса оправи та від матеріалу заготовки.

Проведено дослідження процесів проточування гвинтових заготовок, одержаних холодним навиванням. Встановлено закономірності зміни параметрів проточування: з підвищенням швидкості різання зусилля зменшуються, а із зростанням подачі, глибини різання та товщини спіралі – підвищуються. Показано, що з метою уникнення деформування гвинтової поверхні швидкість різання повинна знаходитись у певному діапазоні значень, який визначали дослідним шляхом. Так, для досягнення якісних параметрів поверхні =20-60 мкм і точності за 7-9 квалітетами швидкість різання знаходилась у межах 370-410 м/хв. Із збільшенням товщини гвинтової поверхні понад 0,5 мм швидкість слід зменшувати до 250-270 м/хв, за таких умов одержана якість оброблення знижується на один-два порядки. Характер залежності сили різання в часі – пульсивний з періодом Т=60/n (- кількість обертів спіралі за хвилину), що прослідковується на осцилограмах.

Визначено раціональні режими пластичного деформування та механічного оброблення витих деталей, процесів формоутворення секторних профілів товщиною 2-3 мм і глибиною 6-12 мм. Досліджено зусилля та крутні моменти процесів формоутворення. Розроблено й реалізовано технологічне устаткування для виготовлення U-подібних та фігурних секторних профілів.

У четвертому розділі “Методика проектування технологічних процесів формоутворення витих заготовок, устаткування й спорядження для їх реалізації” подано рекомендації щодо призначення технічних вимог до заготовок, конструкцій устав та інструментів для виготовлення гвинтових і кільцевих заготовок деталей машин. Розроблено інженерну методику проектування технологічних процесів навивання, яка передбачає визначення розмірів заготовки та інструментів, силових і кінематичних параметрів із врахуванням конструкції пристрою та реалізованої схеми навивання.

Розглянуто питання оптимізації технології виготовлення витих заготовок, яке зводиться до розв'язку нелінійної задачі математичного програмування з лінійною функцією мети та нелінійними обмеженнями. Вибрано оптимальний варіант технологічного процесу формоутворення витих заготовок шляхом мінімізації цільової функції за основними техніко-економічними показниками. Розроблено блок-схему алгоритму оптимізації та елементи програмного забезпечення для визначення раціональних схем, технологічних маршрутів і режимів навивання стрічок на оправу.

Встановлено загальні принципи проектування устаткування для виготовлення гвинтових і кільцевих заготовок деталей машин. Сформульовано структуру вимог до технологічного устаткування, встановлено характер зв'язків між конструкціями елементів, схемами компоновки, конструктивним виконанням устав. Розглянуто структуру оптимального проектування та експлуатації устаткування з урахуванням економічних, технологічних й експлуатаційних показників, серед яких вибрано критерії оптимізації й обмеження, умови працездатності устави, а також фізичні, динамічні та математичні моделі об'єкту проектування. За основний критерій доцільно приймати рівень енергозатрат, врахування якого дозволяє здійснювати раціональний розподіл енергії та мінімізувати його (наприклад, за рахунок автоматичного регулювання сили притискання формотвірного ролика).

Обгрунтовано економічні критерії оцінки раціональних технологій. Встановлено, що економічний ефект від впровадження нових технологічних процесів виготовлення витих заготовок проявляється насамперед у покращанні виробничих та експлуатаційних характеристик гвинтових механізмів і пристроїв. Проведено розрахунки річного економічного ефекту від використання викопувально-очисних пристроїв комбайнів КС-6, споряджених гвинтовими робочими органами, одержаними методами гарячого навивання, який становить 4284,9 грн.

ВИСНОВКИ

1. У дисертації наведене теоретичне узагальнення й нове вирішення науково-прикладної задачі, що полягає у підвищенні точності процесів формоутворення витих заготовок шляхом розроблення раціональних технологічних процесів їх виготовлення методами холодного та гарячого навивання, калібрування й проточування із створенням технологічного устаткування та спорядження для їх реалізації.

Аналіз стану застосування технологічних методів формоутворення витих заготовок та їх конструктивно-технологічних параметрів показав, що вони не забезпечують належного рівня технологічності та не відповідають техніко-економічним вимогам за точністю, коефіцієнтом використання матеріалу та працемісткістю й собівартістю. Використання відомих методик розрахунку процесів пластичного деформування холодним і гарячим згинанням пов'язано з певними труднощами, зокрема одночасним впливом багатьох факторів, які не дозволяють отримати точні розрахунки напружень, зусиль, деформацій, що функціонально відображають реальний вплив основних параметрів на точність формоутворення.

На основі проведених комплексних досліджень, теоретичних розробок та узагальнень, із позиції системного підходу, сформульованo методи розв'язання науково-прикладної задачі. Використання цих методів, запроектованого устаткування та спорядження забезпечують подальший розвиток технології виготовлення заготовок деталей машин підвищеної точності шляхом формування необхідних фізико-механічних і конструктивних параметрів.

2. Розроблена математична модель технологічного процесу навивання та калібрування гвинтових стрічок заданого кроку, в результаті чого виведені аналітичні залежності для визначення технологічних і конструктивних параметрів витих заготовок, одержаних методами холодного та гарячого навивання. Проведені теоретичні дослідження напружено-деформованого стану формоутворення гвинтових заготовок згинанням на ребро з використанням жорстко-пластичної моделі Мізеса дозволили визначити характер розподілу напружень, згинальних моментів, поздовжніх і поперечних сил, приведеного радіусу сил згинання, вплив зміцнення та умов одно- і двокутового згину на процеси навивання вузьких і широких стрічок.

3. Проведені комплексні експериментальні дослідження процесів гарячого навивання стрічки на ребро (товщиною Н=1,5-6 мм із формоутворенням спіралі діаметром D=60-260 мм, кроком Т=(0,9-1,0)D; радіусами заокруглень зовнішнього ребра rз=B/2, швидкістю навивання V=30-60 м/хв, зусиллями навивання Р=500-900Н і моментами Мн400 Нм, та холодного згинання стрічок товщиною Н=1,5-5 мм із формоутворенням гвинтових заготовок внутрішнім діаметром =12-25 мм, кроком Т=(0,8-1,1)D; радіусами заокруглень rз=B/2, зусиллями навивання Р=900-1600 Н; моментами Мн600 Нм, швидкістю навивання V=15-40 м/хв, зусиллям проточування Рпр320 Н та швидкістю проточування 225 м/хв) дозволили одержати гвинтові та кільцеві заготовки підвищеної точності з оптимальними конструктивними параметрами.

4. Експериментальні дослідження підтвердили можливість навивання стрічок на оправи з питомою висотою 5-10, що пояснюється сприятливою схемою згинання, яке здійснюється поперечною незосередженою згинальною силою із плечем прикладання у зоні деформації та покращанням умов деформування металу, що сприяло підвищенню поперечної й поздовжньої стійкості, збільшенню ступеня видовження зовнішнього ребра внаслідок дії значних радіальних напружень у зоні пластичної деформації.

5. Розроблені та реалізовані технологічні методи виготовлення секторних профілів, спроектоване устаткування та проведені дослідження впливу зусиль згинання на конструкторсько-технологічні параметри процесу формоутворення дозволили встановити оптимальні режими пластичного деформування й механічного оброблення гнутих профілів (товщиною 2-3 мм, глибиною формоутворення 6-12 мм, крутним моментом 45-60 Нм, зусиллям калібрування в межах 60-70% від максимальних згинальних зусиль, кутовою швидкістю =1,3с).

6. Проведені експерименти відповідно до розробленої програми досліджень підтвердили адекватність теоретичних розрахунків дійсним значенням технологічних параметрів. Порівняльний аналіз зусиль і моментів, отриманих експериментальним і розрахунковим шляхом із використанням багатофакторного експерименту показав високу для практики точність розрахунків, похибка яких становить 12-24 %.

7. Розроблені комплексна інженерна методика оптимізації процесів формоутворення витих заготовок шляхом створення набору інструментальних засобів, пакетів прикладних програм дають змогу спростити багатоваріантну задачу проектування технологічних процесів виготовлення гвинтових і кільцевих заготовок та здійснювати раціональний вибір схем, маршрутів із регульованими конструкторсько-технологічними параметрами.

8. Спроектоване устаткування та спорядження на основі проведеної оптимізації конструктивних і кінематичних параметрів за критерієм мінімізації енерговитрат і матеріаломісткості, концентрації операцій відпрацьоване на технологічність. Його можна успішно використовувати для створення нових технологічних процесів виготовлення витих деталей з регульованими конструктивно-технологічними параметрами.

9. На основі результатів теоретичних і експериментальних досліджень сконструйовано, випробувано та впроваджено на ВАТ “Тернопільський комбайновий завод” устаткування для виготовлення гвинтових стрічок робочих органів бурякозбиральних машин. Результати роботи захищені 4 авторськими свідоцтвами й патентами України на винаходи та впроваджені на приватних підприємствах “Союз” і “Універст” м. Тернополя у серійному виробництві мобільних фіксаторів вузлів мотоблоків для фермерських господарств.

Основний зміст дисертаційної роботи викладений у таких публікаціях:

1. Данильченко Л., Гевко Б. Технологічні основи виробництва спіралей шнеків // Машинознавство. – 1998. - №1. - С. 27 - 30.

2. Данильченко Л., Гевко Р. Технологічне обладнання для виготовлення спіралей шнеків очисних пристроїв коренезбиральних машин // Машинознавство. - 1998. - № 9/10. - С. 39-41.

3. Данильченко Л., Пилипець М. Прогресивні технології виготовлення кільцевих і гвинтових елементів машин // Машинознавство.- 2000. - № 6/7.- С. 31-33.

4. Данильченко Л.М. Особливості навивання гвинтових рифів шнеків на заданий крок // Вісник Тернопільського державного технічного університету. - 1999. – Т. 4, ч. 1. - С. 157-161.

5. Данильченко Л., Пилипець М., Радик Д. Технологічні основи проектування широкосмугових робочих органів гвинтових механізмів // Вісник Тернопільського державного технічного університету. - 1998. – Т.3, ч. 3. - С. 52-55.

6. Данильченко Л.М., Гевко Б.М., Пилипець М.І. Технологія виготовлення спіралей шнеків // Збірник наукових праць Національного аграрного університету. -“Механізація сільськогосподарського виробництва”.-Т.IV.- К.: Вид-во НАУ, - 1998. – С. 237-238.

7. Винт винтового конвейера: А.с. 1645220 СССР, МКИ F16D 7/02. / Л.Н.Данильченко, Б.М.Гевко, С.Г.Нагорняк, Е.В.Гащин (СССР). - № 4601009; Заявлено 01.11.1988; Опубл. 03.01.1991, Бюл. № 16.- 4 с.

8. Предохранительная муфта: А.с. 1219846 СССР, МКИ F 16 D 7/02 / Ю.М.Данильченко, Л.Н.Мирчук (СССР). - № 1090942; Заявлено 30.12.83; Опубл.23.03.86, Бюл. №11. – 4 с.

9. Пристрій для навивання каліброваних спіралей шнеків: Пат. 30625 А Україна, МПК 6 В 21 D 11/06 / Л.М. Данильченко (Україна). - № 98031531; Заявлено 26.03.98; Опубл. 29.12.1999, Бюл. № 8.- 2с.

10. Пристрій для навивання фігурних секторних профілів: Рішення на видачу патенту на винахід № 98031532. Україна, МПК 6 В 21 D 11/06 / Л.М. Данильченко, Р.Б.Гевко; Заявлено 26.03.98.

11. Данильченко Л.Н., Рогатынский Р.М. Исследование поперечного изгиба полос в штампах // Ред. ж. Технология и организация производства.- К:, 1990.- № 4.-16 с. Деп. в УНИИНТИ 02.12.90 г., № 1160– Ук.

12. Данильченко Л.Н., Рогатинський Р.М., Пилипець М.І. Технологічні основи холодного навивання рифів гвинтових очисників // Тези доповідей Міжнар. практ. конф. “Проблемы и перспективы создания новой свеклоуборочной техники”.– Вінниця.-1996. - С. 97-99.

13. Данильченко Л., Гевко Б. Прогресивні методи виготовлення кільцевих і гвинтових елементів шнеків // Тези доповідей 4-го Міжнар. симпозіуму українських інженерів-механіків.- Львів. - 1998. - С. 96.

14. Данильченко Л.М., Пилипець М.І. Результати досліджень технології виготовлення спіралей шнеків очисних пристроїв коренезбиральних машин // Материалы 15-й Междун. конф. “Прогрессивные технологии в машиностроении”. - К.: 2000. - С. 196-197.

Анотація

Данильченко Л.М. Технологічне забезпечення точності формоутворення витих заготовок. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.08 - технологія машинобудування.- Національний університет “Львівська політехніка”. - Львів, 2001.

Робота присвячена питанням підвищення точності формоутворення гвинтових і кільцевих заготовок деталей машин за рахунок розроблення раціональних технологічних процесів їх виготовлення методами холодного та гарячого деформування, калібрування й проточування з проектуванням технологічного устаткування та спорядження. Розроблено математичну модель технологічного процесу формоутворення гвинтових спіралей, встановлено аналітичні залежності для визначення напружено-деформованого стану процесу згинання стрічки на ребро. Представлено результати експериментальних досліджень впливу конструкторсько-технологічних параметрів на показники точності витих заготовок. Розроблено інженерну методику проектування технологічних процесів формоутворення, устаткування й спорядження. Спроектовано, виготовлено та впроваджено у виробництво устаткування й спорядження для навивання гвинтових і кільцевих заготовок деталей машин підвищеної точності.

Ключові слова: технологічний процес формоутворення, виті заготовки, навивання, точність, конструкторсько-технологічні параметри.

Аnnotation

Danylchenko L.М. Technological provision of Screw Blank Shaping Accuracy.-The manuscript.

Thesis for a Candidate of Science / Engineering degree on speciality 05.02.08 – Mechanical Engineering technology.- National University “Lvivska polytechnika”. - Lviv, 2001.

The thesis deals with problems of accuracy increase in shaping of machine part screw and ring blanks due to the development of rational progressive technological process of their manufacturing by means of cold and hot deformation, calibration and turning with industrial equipment design. Mechanical-mathematical model of production process of screw spiral shaping is developed, analytical dependencies for estimation of elastic-strained state during the process of strip bending on rib are determinated. The results of experimental investigations of design-technological parameter influence upon indexes of screw blank accuracy are presented. Engineering technique of shaping technological processes and equipment design is worked out. Equipment for manufacturing of machine part screw and ring blanks with high accuracy is designed, produced and introduced into production.

Key words: shaping technological process, screw blanks, winding, accuracy, design-technological parameters.

Аннотация

Данильченко Л.Н. Технологическое обеспечение точности формообразования витых заготовок. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.08 - технология машиностроения. - Национальный университет “Львивська политехника”. - Львов, 2001.

Работа посвящена вопросам повышения точности формообразования винтовых и кольцевых заготовок деталей машин за счет разработки рациональных процессов их изготовления методами холодного и горячего деформирования, калибровки и проточки с проектированием технологического оборудования и оснастки. Разработана математическая модель технологического процесса формообразования винтовых спиралей, получены аналитические зависимости для расчетов процессов гибки полосы на ребро. Предоставлены результаты экспериментальных исследований влияния конструкторско-технологических параметров на показатели точности витых заготовок. Разработана инженерная методика проектирования технологических процессов формообразования, оборудования и оснастки. Спроектировано, изготовлено и внедрено в производство оборудование для навивки винтовых и кольцевых заготовок деталей машин повышенной точности.

Диссертация состоит из введения, четырех разделов, выводов, списка использованной литературы и приложений.

Первый раздел посвящен анализу приведенных в литературе результатов исследований методов формообразования винтовых и кольцевых деталей. Установлены факторы, влияющие на точность технологических процессов изготовления витых заготовок холодным и горячим деформированием. Сформулированы цель и задачи исследований.

Во втором разделе разработаны теоретические предпосылки технологических процессов изготовления витых заготовок методами холодной и горячей навивки. Исследовано напряженно-деформированное состояние гибки полосовых заготовок на ребро, горячей навивки спиралей заданного шага на оправки, холодной навивки гнутых заготовок для винтовых профилей. Выведены зависимости для определения характера изменения напряжений, приведенного радиуса изгиба, радиуса нейтральной поверхности, изгибающих сил и моментов. Рассмотрены особенности напряженно-деформированного состояния одно- и двухугловой гибки в процессах навивки широких полос на оправку. Получены зависимости для расчета точности процессов навивки и оценки влияния погрешностей на поле рассеивания основных параметров. Проанализированы основные критерии точности формообразования витых заготовок. Произведены расчеты конструкторско-технологических параметров оснастки для изготовления винтовых и кольцевых деталей.

Теоретические исследования подтвердили возможность формообразования витых заготовок с удельной высотой В/Н=5-10 за счет повышения стойкости процесса гибки прижатием внутреннего ребра полосы с одновременным уменьшением плеча приложения изгибающей силы.

В третьем разделе разработана программа и методика экспериментальных исследований процессов формообразования витых заготовок. Спроектировано и внедрено оборудование для изготовления винтовых заготовок деталей машин горячей навивкой. Проведены статические и динамические исследования, измерения технологических, силовых и конструктивных параметров витых заготовок в лабораторных и производственных условиях.

Исследованы технологические факторы и параметры, влияющие на формирование физико-механических свойств и точности формообразования витых заготовок. По результатам экспериментальных исследований технологических процессов холодного и горячего деформирования уточнен характер изменения напряжений, усилий и моментов навивки, калибровки и проточки. Произведен сравнительный анализ силовых параметров, полученных экспериментальным и расчетным путем с применением метода многофакторного эксперимента.

Разработаны и реализованы технологические методы изготовления секторных профилей, проведены исследования влияния усилий гибки на конструкторско-технологические параметры формообразования гнутых профилей.

Определены рациональные режимы пластического деформирования и механической обработки винтовых и кольцевых заготовок.

В четвертом разделе предложена инженерная методика проектирования технологических процессов изготовления витых заготовок повышенной точности, оборудования и оснастки, которая предусматривает проведение расчетов силовых, кинематических и конструктивных параметров заготовок и инструментов с учетом использованной конструкции приспособления и схемы навивки.

Рассмотрен вопрос оптимизации технологии изготовления винтовых и кольцевых заготовок, который сводится к решению нелинейной задачи математического программирования с линейной функцией цели и нелинейными ограничениями. Предложена методика выбора оптимального варианта технологического процесса формообразования витых заготовок путем минимизации целевой функции по основным технико-экономическим показателям. Разработана блок-схема алгоритма оптимизации, элементы программного обеспечения с целью определения рациональных схем, маршрутов и режимов пластического деформирования. Установлены общие принципы проектирования оборудования для изготовления винтовых и кольцевых заготовок деталей машин. Сформулирована структура требований к технологическому оборудованию, установлен характер связи между конструкциями элементов, схемами компоновки и конструктивным исполнением установок. Составлена структура оптимального проектирования и эксплуатации оборудования с учетом экономических, технологических и эксплуатационных показателей. Выбраны критерии оптимизации и ограничения, динамические и математические модели объекта проектирования.

Рассмотрены экономические критерии оценки рациональных технологий. Проведены расчеты эффективности от использования технологических процессов изготовления винтовых заготовок горячей навивкой.

Ключевые слова: технологический процесс, формообразование, витые заготовки, навивка, точность, конструкторско-технологические параметры.