ТЕРНОПІЛЬСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМЕНІ ІВАНА ПУЛЮЯ

ВАСИЛЬКІВ ВАСИЛЬ ВАСИЛЬОВИЧ

УДК 621.01:681.31

ТЕХНОЛОГІЧНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ВИРОБНИЦТВА ГВИНТОВИХ ЗАГОТОВОК З ЛИСТОВОГО ПРОКАТУ

05.02.08 – технологія машинобудування

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Тернопіль - 2005

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Тернопільському державному технічному університеті імені Івана Пулюя
Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Пилипець Михайло Ількович,

Тернопільський державний технічний університет

імені Івана Пулюя,

завідувач кафедри “Комп’ютерні технології в машинобудуванні”.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Петрина Юрій Дмитрович,

Івано-Франківський національний технічний університет

нафти і газу,

завідувач кафедри “Технологія нафтогазового
машинобудування”;

кандидат технічних наук, доцент

Данильченко Лариса Миколаївна,

Тернопільський державний технічний університет

імені Івана Пулюя,

доцент кафедри “Технологія машинобудування”.

Провідна установа: Одеський національний політехнічний університет,

кафедра “Технологія машинобудування”,

Міністерство освіти і науки України, м. Одеса.

Захист відбудеться “_28_” __січня__ 2005 р. о _1400_ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 58.052.03 у Тернопільському державному технічному університеті імені Івана
Пулюя за адресою: 46001, м. Тернопіль, вул. Руська, 56.

3 дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя за адресою: 46001, м. Тернопіль, вул. Руська, 56.

Автореферат розісланий “_28_“ грудня 2004 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Зінь М.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Для сучасного вітчизняного і зарубіжного машинобудування характерне розширення номенклатури деталей машин різних класів, в тому числі “тіл обертання” і “гвинтових”. Підтвердженням цього є помітна тенденція до зростання обсягу та номенклатури таких деталей у харчовій та переробній промисловості, сільськогосподарських машинах, технологічному обладнанні тощо. Зазначені деталі виготовляють з гвинтових заготовок (ГЗ), які часто мають складну геометричну форму. Незважаючи на значну кількість наукових праць, які присвячені виробництву ГЗ, рівень технологічного забезпечення виробництва ГЗ в нашій державі та за її межами залишається недостатньо високим, а наукова база для його створення не завжди відповідає сучасним вимогам. Тому вирішення наукового завдання, яке полягає в розробці методології автоматизованого структурно-векторного синтезу технологічних процесів (ТП) виготовлення ГЗ з початкових листових і стрічкових заготовок з використанням математичного і комп’ютерного моделювання та інших найсучасніших методів наукових досліджень є актуальним, доцільним, значущим і перспективним для машинобудівної галузі України та інших держав.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження проводилися згідно з координаційними планами Державної науково-технічної програми Міністерства освіти і науки України за напрямками “Виробництво машин і технологічного обладнання для сільськогосподарської, харчової і переробної промисловостей”, “Високоефективні технологічні процеси в машинобудуванні” на 2000-2005 рр., а також згідно з тематикою наступних дослідницьких робіт ТДТУ імені Івана Пулюя: “Механіко-технологічні основи проектування транспортно-технологічних систем коренезбиральних машин” (номер державної реєстрації 0102U002302); “Розробка та дослідження технологій формоутворення профільних гвинтових елементів технічного обладнання” (номер державної реєстрації 0104U000640). Роль автора у виконанні цих науково-дослідних робіт полягає в розробці теоретичних та технологічних основ процесів формоутворення ГЗ, проведенні теоретичного й експериментального обґрунтування їх конструкторсько-технологічних параметрів, розробці пристроїв для їх виготовлення.

Метою роботи є розширення технологічних можливостей і вироблення науково-практичних рекомендацій для проектування технологічних процесів виготовлення гвинтових
заготовок з початкових листових і стрічкових заготовок.

Для досягнення мети були поставлені наступні задачі дослідження:

- з позиції системного підходу проаналізувати технологічні процеси виготовлення ГЗ і окреслити напрямки їх розвитку на основі розширення сфери застосування;

- розробити математичну і комп’ютерні моделі ГЗ;

- розробити методологію автоматизованого структурно-векторного синтезу технологічних процесів виготовлення ГЗ і на її основі провести пошук нових технічних рішень;

- запропонувати багатоваріантну структуру технологічних процесів виготовлення ГЗ різної складності і номенклатури;

- визначити і дослідити функційні конструктивно-технологічні зв’язки між геометричними
параметрами ГЗ та початкових листових і стрічкових заготовок, на основі чого розробити методики розрахунку геометричних параметрів таких заготовок та розрахунку раціональних режимів їх формоутворення;

- вивести функційні залежності для встановлення раціональних конструктивних параметрів технологічного спорядження для виготовлення ГЗ;

- розробити алгоритмічно-програмне забезпечення для автоматизованого проектування технологічних процесів виготовлення ГЗ, що передбачає вибір і синтез схем формоутворення та технологічних маршрутів, проектування заготовок, а також розрахунки режимів формоутворення і необхідного технологічного спорядження для їх виробництва.

Об’єкт дослідження – прогресивні технологічні процеси виготовлення різнопрофільних гвинтових заготовок деталей машин.

Предмет дослідження – гвинтові заготовки і технологічне спорядження для їх виробництва.

Методи дослідження. У теоретичних дослідженнях використано фундаментальні засади технології машинобудування і теорії різання, інформатики, теорії пружності і пластичного деформування, теоретичної механіки, інженерної творчості, теорії розрахунків економічної ефективності технічних рішень. В якості інструментальної математичної основи досліджень використано розділи класичної і комп’ютерної математики: математичний аналіз і дискретну математику, векторне числення, алгебру логіки і операцій над множинами, методи візуально-орієнтованого програмування. Апробація технічних можливостей розроблених алгоритмів, програм і методик проводилась методом комп’ютерного моделювання.

Результати експериментальних досліджень одержані з використанням спеціально розробленого устаткування та спорядження і відомих сучасних засобів і методів вимірювань. Статистична обробка експериментальних даних проводилась з використанням прикладних програм для ПЕОМ.

Наукова новизна одержаних результатів:

–

–

–

–

–

–

Практичне значення одержаних результатів:

- розроблено технологічні процеси формоутворення ГЗ різної складності і номенклатури з початкових листових та стрічкових заготовок із комплектами конструкторської документації для їх реалізації; технічна новизна розробки підтверджена 4 деклараційними патентами України на винаходи;

- розроблено методику структурно-векторного синтезу технологічних процесів виготовлення ГЗ, методики розрахунку геометричних характеристик таких заготовок, режимів їх формоутворення та параметрів конструкцій технологічного спорядження.

- створено алгоритмічно-програмне забезпечення для автоматизованого проектування технологічних процесів виготовлення ГЗ, яке передбачає вибір або синтез схем формоутворення і технологічних маршрутів, проектування заготовок, розрахунок режимів їх формоутворення та проектування технологічного спорядження для їх виробництва.

Розроблені технологічні процеси виготовлення ГЗ з початкових листових заготовок знайшли застосування у виробництві спіралей шнеків гвинтових живильників-дозаторів на підприємстві “Універст” (м. Тернопіль), гвинтових конвеєрів і гвинтових змішувачів на підприємствах ВАТ “ТеКЗ” (м. Тернопіль), ВАТ “Ковельсільмаш” (м. Ковель), а також окремих приватних підприємствах Тернопільської області. Технологічні процеси виготовлення ГЗ з початкових стрічкових заготовок, на основі використання технологічного спорядження для реалізації операцій навивання [11] і калібрування на крок [9], впроваджені на підприємствах ВАТ “ТеКЗ” і ВАТ “Ковельсільмаш” для виготовлення робочих органів гвинтових конвеєрів.

Створене алгоритмічно-програмне забезпечення передано в СКБ “ТеКЗ” і ВАТ “Ковельсільмаш”.

Окремі результати досліджень заплановано використовувати у навчальному процесі на кафедрі “Комп’ютерні технології в машинобудуванні” ТДТУ імені Івана Пулюя.

Наведені у дисертаційній роботі математичні моделі, методики та програмно реалізовані алгоритми можуть бути впроваджені на підприємствах і установах різного галузевого напрямку, а також в науково-дослідних та проектних організаціях, як у створенні та проектуванні технічних об’єктів, що містять гвинтові профілі, так і під час розробки й використання технологічних процесів виготовлення деталей машин з ГЗ.

Особистий внесок здобувача полягає в тому, що автором безпосередньо розроблені теоретичні і технологічні основи процесів формоутворення гвинтових заготовок з початкових листових [2, 4, 5] і стрічкових [1, 6, 7] заготовок, проведено теоретичне й експериментальне обґрунтування конструкторсько-технологічних параметрів таких заготовок [2, 4, 5, 12], опрацьовано результати досліджень [12], розроблено конструкції пристроїв [1, 6], запропоновано математичну і комп’ютерні моделі гвинтових заготовок [3], розроблено алгоритмічно-програмне забезпечення для автоматизованого проектування технологічних процесів [13]. Особистий внесок здобувача у працях [8 - 11] рівноцінний з внеском інших співавторів.

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 наукових конференціях ТДТУ імені Івана Пулюя (м. Тернопіль, 1999–2004 рр.), на
науково-практичній конференції “Проблеми винахідництва та раціоналізаторства в Україні” (м. Львів, 2001 р.), на 6-й міжнародній науково-технічній конференції “Физические и компьютерные технологии в народном хозяйстве” (м. Харків, 2002 р.), на 1-й міжнародній науково-практичній конференції “Машинобудування та металообробка-2003” (м. Кіровоград, 2003 р.), на 3-й міжнародній науково-практичній конференції “Проблеми технічного сервісу сільськогосподарської техніки” (м. Харків, 2004 р.), на Міжнародній науково-технічній конференції студентів, аспірантів і молодих вчених “Прогрессивные направления развития машино-приборо-строительных отраслей и транспорта” (м. Севастополь, 2004 р.). В повному обсязі робота доповідалась й отримала позитивні відгуки на розширеному засіданні кафедри “Комп’ютерні технології в машинобудуванні” (17.06.2004 р., м. Тернопіль) і на науково-технічному семінарі ТДТУ імені Івана Пулюя (28.08.2004 р., м. Тернопіль).

Публікації. Результати дисертації опубліковані в 2 статтях у наукових журналах, в 5 статтях у збірниках наукових праць, в 4 матеріалах і тезах наукових, науково-технічних і науково-практичних конференцій та в 4 деклараційних патентах України на винаходи. Кількість публікацій у наукових виданнях, які затверджені ВАК України як фахові – 6. Загальна кількість основних
публікацій - 15.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, п’ятьох розділів, загальних висновків, списку використаних літературних джерел і додатків. Повний обсяг дисертації - 263 сторінки, в тому числі 46 рисунків, 18 таблиць, список використаних літературних джерел з 186 найменувань та додатки на 74 сторінках. Обсяг основного тексту дисертації - 139 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність розширення технологічних можливостей виробництва ГЗ деталей машин та розробки ефективних методів проектування технологічних процесів їх формоутворення. Сформульовано мету та задачі дослідження, окреслено наукову новизну й практичне значення отриманих результатів. Наведено інформацію про апробацію, структуру та обсяг роботи.

У першому розділі “Аналіз стану, перспектив розвитку та результатів досліджень технологічних процесів виробництва гвинтових заготовок” проведено аналіз та узагальнення відомих наукових напрацювань і проблемних питань у виробництві ГЗ, виявлено ряд важливих аргументів, що підтвердили необхідність проведення досліджень. Згадані чинники визначили мету наукових пошуків. Обґрунтовано доцільність та перспективність використання деталей машин, одержаних з ГЗ. Запропоновано багатоваріантну структуру класифікації конструктивних та технологічних особливостей виконання гвинтових профілів, де окремо виділено 14 основних технологічних маршрутів, для яких встановлено величини показників технологічності виробництва ГЗ та проаналізовано стан винахідницької зацікавленості ними на основі аналізу патентних джерел. Проведено порівняльний аналіз технологічних процесів, виділено найбільш перспективні та визначено узагальнений технологічний маршрут для реалізації концепції синтезованих технологій. Виявлено ряд технічних протиріч, пов’язаних з особливостями реалізації процесів формоутворення таких заготовок.

Вагомий вклад у дослідження ТП виготовлення ГЗ внесли вчені А.З. Журавлев, В.А. Єгоров, А.Е. Церна, С.Е. Рокотян, В.Е. Гурвіч, Д.Я. Шифрін, C.Ф. Пилипака, Б.М. Гевко, М.І. Пилипець, Р.М. Рогатинський, Л.М. Данильченко та ін. Синтезом і обґрунтуванням технічних рішень у машинобудуванні присвячені праці А.І. Половінкіна, А.В. Андрейчікова, С.Г. Нагорняка, Ю.М. Кузнєцова, Б.М. Кіндрацького, В.Т. Портмана, Ю.Д. Петрини, І.В. Луціва, К.Н. Наянзина та ін. На основі системного підходу проаналізовано питання синтезу ТП, проектування та математичного моделювання ГЗ і технологічного спорядження, розрахунку режимів формоутворення. Проведено аналіз методів оцінки ефективності ТП на різних стадіях їх розробки, відомих результатів експериментальних досліджень, програмного забезпечення сучасних САПР у машинобудуванні. Відзначено, що теорію синтезу ТП виготовлення ГЗ на основі застосування морфологічної таблиці компонентів навивання вперше розглянуто у працях проф. М.І. Пилипця. На основі такого аналізу визначено окремі наукові методи і напрямки як вихідні для подальших досліджень.

У другому розділі “Структурно-векторний синтез технологій виготовлення гвинтових заготовок” описано структуру та результати реалізації розробленої методології синтезу. На основі використання теорії криволінійних поверхонь класу гвинтових і класу обертання та урахуванням особливостей кінематики формоутворення ГЗ, згідно розрахункової схеми рис. 1, виведено узагальнену функцію опису їх геометрії:

, (1)

Рис.1. Розрахункова схема для опису геометрії гвинтових заготовок

де - функційні радіус-вктори багатоланника; - незалежна змінна відповідного i-го функційного радіус-вектора; ; , - кутові характеристики профілю; ; ; - кутові швидкості обертання відповідно площини N (радіус-вектора ) відносно осі OZ та радіус-вектора відносно осі ; , - параметри гвинтової лінії (для =0, =); - періодичні функції; - параметр амплітуди; - орти осей координат; - радіус-вектор початку координат.

На основі наведеної залежності розроблено математичну і комп’ютерні моделі ГЗ, що покладені в основу синтезу для генерування нових технічних рішень. Викладено рекомендації для вирішення основних технічних протиріч розробки ТП. Описано модель структурно-векторного опису схем формоутворення, технологічних маршрутів і конструкцій відповідного технологічного спорядження, з використанням тверджень концепції синтезованих технологій, методів морфологічного аналізу і формалізованого опису, шляхом конвертації характеристичних закономірностей об’єктів синтезу в кодовану алгебро-логічну форму і одержання структурних формул. На цій основі проаналізовано вказані формули у розробленій системі символьних координат. Здійснено генерування альтернатив і комбінування елементів формул, створення баз даних, а також оцінювання їх сумісності та відповідності вимогам вирішення технічних протиріч. Проведено послідовну вибірку створених структурних формул та їх розкодування з графічною візуалізацією одержаних результатів у формі 3D-зображень на ЕОМ. В результаті пошуків одержано багатоваріантну структуру ТП (рис. 2: H –товщина заготовки) і схем формоутворення ГЗ (рис. 3: і - вісі обертання відповідно ГЗ та інструменту, і - обертові рухи відповідно ГЗ та інструменту, і - відповідно поздовжня та поперечна подачі інструменту), проведено аналіз та визначено перспективні технічні рішення.

Рис. 2. Багатоваріантна структура та особливості синтезованих технологічних процесів виготовлення гвинтових заготовок

Рис. 3. Приклади синтезованих схем формоутворення гвинтових заготовок з почат-
кових стрічкових заготовок

У третьому розділі “Теоретичні дослідження технологічних процесів виробництва гвинтових заготовок” встановлено функційні конструктивно-технологічні зв’язки між параметрами ГЗ і початкових листових та стрічкових заготовок, що використані для їх виготовлення, а також функційні залежності розрахунку раціональних конструктивних параметрів технологічного спорядження.

Розрахунок характеристик розкрою початкових листових заготовок проведено з урахуванням функційних параметрів спіральних кривих різної конфігурації, що визначають геометрію та дозволяють керувати конструктив-ними параметрами ГЗ. Встановлено зв’язок між параметрами геометрії ГЗ та параметрами розкрою, що виражений функційними коефіцієнтами , зміст яких полягає у конвертації кутових параметрів функції опису спіралі у відповідні кутові параметри гвинтової лінії:

, , (2)

де - граничні значення кутів, що визначають діапазон зміни радіус-вектора аналітичного опису геометрії проміжної спіралеподібної заготовки з урахуванням їх відповідності зовнішньому і внутрішньому краям ГЗ; m – кількість дискретних ділянок поділу кута .

Величини вказаних коефіцієнтів, у випадку розкрою початкової заготовки за кривою форми спіралі Архімеда (рис. 4) та наступного калібрування на крок з метою одержання ГЗ (рис. ), що характеризується постійним кутом нахилу конічної гвинтової лінії за зовнішнім краєм і постійною шириною витка В, виглядають так:

;, (3)

де – повна довжина конуса; - величина дуги відповідного центрального кута розбиття спіралі Архімеда на дискретні ділянки; – максимальний радіус основи конуса; ; – кут при вершині конуса; – модуль радіус-вектора опису
зовнішнього краю ГЗ у площині XOY.

Із урахуванням таких коефіцієнтів одержано функцію опису геометрії ГЗ:

, (4)

де - коефіцієнти полінома; - модуль радіус-вектора; -ширина витка ГЗ.

У роботі запропоновано багатоваріантну структуру виразів опису геометрії ГЗ для різних випадків їх конструктивного виконання з урахуванням функційних залежностей кривих розкрою і профілю початкових листових заготовок, що дозволило:

а) змоделювати на ЕОМ й оцінити їх конфігурацію, а також здійснювати вибір відповідного ТП на етапі проектування;

б) здійснювати розв’язок прямої (“гвинтова заготовка-функція розкрою”) і зворотньої (“функція розкрою – гвинтова заготовка”) задач розробки операції розкрою;

в) розрахувати режими калібрування на крок проміжних спіралеподібних заготовок.

Встановлено й проаналізовано варіанти кінематики виконавчих рухів процесу калібрування на крок проміжних спіралеподібних заготовок для виготовлення циліндричних і конічних ГЗ. Зокрема, для формоутворення перших розглянуто варіанти: 1) ; ; 2) ;; 3) ; . З метою відносної оцінки їх ефективності виведено коефіцієнти (, - позначення технологічних схем) відношення продуктивностей формоутворення, що дозволило визначити раціональні технології відносно діапазону зміни кутів нахилу гвинтової лінії. Так, для першого і третього наведених варіантів: , де , - граничні кути нахилу гвинтової лінії за довжиною заготовки.

Виведено аналітичні залежності для визначення силових факторів процесу калібрування на крок проміжних спіралеподібних заготовок різної геометричної форми за технологічними схемами загального деформування відносно крайніх кінців (вільне розтягування) та послідовного деформування секційних ділянок. Так, величину зусилля калібрування таких заготовок форми плоскої спіралі Архімеда вільним розтягуванням без урахування деформацій скручування визначено так:

, (5)

де - товщина початкової заготовки; , і , - апліката і кутовий параметр точок розміщення відповідно інструменту та крайнього фіксованого контакту ГЗ з опорою, =const, =const, =const, [0; ] ( - максимальна осьова деформація заготовки); а - параметр спіралі; і - модулі відповідно зсуву і пружності другого роду.

Одержано аналітичні залежності для розрахунку режимів калібрування проміжних спіралеподібних заготовок та наведено рекомендації для проектування технологічного спорядження.

Функційний зв’язок між геометричними параметрами ГЗ і початкових стрічкових заготовок виявлено у величині коефіцієнту усадки стрічки, що характеризує співвідношення між шириною початкової заготовки та шириною витка: =. Доведено, що визначається усад-ками стрічки на оправі і ролику та зміщенням нейтрального шару в процесі навивання:

, (6)

де - коефіцієнт, який враховує особливості ТП; і - коефіцієнти усадки стрічки відповідно на інструменті та внаслідок зміщення нейтральних шарів.

Розроблено програмне забезпечення для розрахунку величини усадки. Для випадку використання заготовок із сталі рекомендовано використання залежності:

, (7)

де , , , , , , - коефіцієнти, що ураховують особливості формоутворення ГЗ; - радіус оправи;

.

Встановлено та обґрунтовано вплив конструктивних параметрів інструментів та режимів формоутворення ГЗ на величину усадки.

Виведено залежності розрахунку енергосилових параметрів виготовлення ГЗ, у яких ураховано широкий ряд конструктивних параметрів інструменту та особливості його налагодження, а також моментів тертя підтискних елементів зі стрічкою і оправою. Це дозволило встановити причини нерівномірності геометричних параметрів ГЗ, як наслідку різниці величини плеча прикладання зусилля згину стрічки на початковому етапі формоутворення та в усталеному режимі, і визначити величину коефіцієнта необхідного радіального підтискування:

, (8)

де - коефіцієнт зведення функції нормального зусилля у спряженні ролика з віссю відносно величини зусилля згину стрічки; - зусилля згину стрічки у встановленому режимі процесу навивання; - кут нахилу вектора зусилля згину відносно горизонтальної осі; - зусилля попереднього радіального підтискування.

Дослідження дозволило виявити умови зменшення зусиль формоутворення та підвищення рівномірності усадки стрічки. Одержані залежності використані для розрахунків конструкцій споряд-ження та режимів формоутворення навивних заготовок.

Виведено функційні залежності для розрахунку конструктивних параметрів технологічного спорядження із умов забезпечення необхідної жорсткості спряжень сталевих елементів конструкцій і дійсності гіпотези Вінклера з урахуванням енергосилових факторів формоутворення ГЗ та використання комп’ютерної математики. Довжина L , а також діаметр D торцевого спряження ролика інструменту з віссю, на якій він розміщений, визначено так:

(9)

; ;

,

де , , , am-1, bm-1, , , – коефіцієнти, що враховують особливості процесу формоутворення ГЗ; – діаметр спряження; , – відповідно нижнє і верхнє відхилення розміру відповідно валу і отвору у спряженні; – сума допусків на розміри отвору і вала; Zz– величина допустимого зношення спряження; – допустимий кут перекосу;
– варіативний показник номера кореня анонімної функції, N; F і М - функції сили і моменту в зоні краю спряження що визначені на основі урахування енергосилових параметрів формоутворення ГЗ;
- сума допусків перпендикулярності на діаметрі D спряження; - напруження попереднього затягування торцевого спряження.

На основі проведених досліджень виявлено, що величина змінюється в широких межах залежно від енергосилових характеристик ТП, а умова забезпечення жорсткості з’єднань особливо актуальна для незначних діаметрів спряжень (рис. 6).

Одержано аналітичні залежності для розрахунку конструктивних параметрів технологічного спорядження для технологій, що реалізують дискретне і неперервне навивання різними інструментами, а також для операцій калібрування. Вироблено комплекс рекомендацій для проектування такого спорядження.

У четвертому розділі “Дослідження обґрунтованості та адекватності наукових результатів” на основі запропонованої програми та методики досліджень, перевірено та підтверджено основні теоретичні викладки, отримано додаткові дані про особливості синтезованих ТП. Згідно з програмою досліджень:

а) спроектовано, виготовлено, випробувано і впроваджено у виробництво технологічне споряд-ження для виготовлення різнопрофільних ГЗ з початкових стрічкових й листових заготовок; виготовлено технологічне устаткування для його досліджень;

б) експериментально досліджено: функційні зв’язки між геометричними параметрами ГЗ та початкових листових і стрічкових заготовок; зусилля калібрування на крок проміжних спіралеподіб-них заготовок; зусилля формоутворення ГЗ з початкових стрічкових заготовок;

в) на основі комп’ютерного моделювання, результатів експериментальних досліджень та порівняльного аналізу доведено адекватність теоретичних викладок.

Ефективність розробленої методології синтезу ТП підтверджена наявністю синтезованих технічних рішень, що відповідають локальній новизні. За результатами досліджень синтезованих ТП, одержано ГЗ різної складності, широкої номенклатури і типорозмірів з підвищеними техніко-економічними показниками. Розроблені конструкції технологічного спорядження представлено на рис. 7, (1 - навивна заготовка; 2 – оправа; 3 – патрон; 4 – початкова стрічкова заготовка, 5 – формуючий інструмент; 6 – супорт;
7 – калібрована ГЗ заданого кроку; 8 – проміжна спіралеподібна заготовка). Запропоновані пристрої підвищують стабільність процесу формоутворення та дозволяють розширити технологічні можливості виробництва ГЗ. На основі результатів досліджень багатоваріантної структури ТП вироблено системні рекомендації для їх раціональної реалізації.

а) б) в)

д) е) ж)

Рис. 7. Конструктивно-компонувальні схеми пристроїв для: навивання початкових стрічкових заготовок (а, б, в), зміцнення гвинтових заготовок (д), калібрування на крок навивних заготовок (е) і проміжних спіралеподібних заготовок (ж)

За результатами досліджень кінематики формоутворення ГЗ з використанням відомого кодування процесів обробки металів різанням, одержано структурні формули компоновок необхідного технологічного устаткування для виробництва таких заготовок. На основі їх урахування спроектовано за модульним принципом та виготовлено уставу (рис. 8: 1 – траверса; 2 – інструментотримач; 3 – інструментальні полозки; 4 – обертова плита; 5, 8 - стояки; 6 – опорна плита;
7 – станина; 9 – самописець; 10 – кругова шкала моментів), що дозволила здійснювати експериментальні дослідження.

Шляхом використання результатів замірів заготовок з нанесеними координатними сітками і комп’ютерного моделювання проведено перевірку теоретичних залежностей для проектування ГЗ з початкових листових заготовок. Визначено умови забезпечення точності ГЗ.

Підтверджено розрахункові залежності визначення зусиль калібрування на крок проміжних спіралеподібних заготовок (рис. 9: 1 – =30 мм, =1 мм, Cталь 30; 2 – проміжна спіралеподібна заготовка, що вирізана із заготовки типу “днищ” радіусом кривини =240 мм, =50 мм, =1 мм, 20кп; 3 - =50 мм, =1 мм, матеріал - 20кп; 4 – =800 мм, =100 мм, =1,5 мм, 40Х13). Встановлено, що зусилля калібрування зростають із збільшенням кривини спіралі за внутрішнім і зовнішнім її краями та кривиною бічної поверхні витка. Відзначено перспективність таких ГЗ для виконання пружних елементів з нелінійними характеристиками.

Результатами експериментів підтверджено встановлені аналітичні залежності для визначення енергосилових характеристик формоутворення навивних заготовок. Доведено, що із збільшенням зусилля попереднього радіального підтискування заготовки (рис. 10: 1 – В мм, =10 мм; 2–В =15 мм,
=15 мм; 3 – В=15 мм, =10 мм), спостерігається стабілізація процесу внаслідок стабілізації .

Замірами геометричних параметрів локальних значень поперечних перерізів ГЗ і відповідних ділянок початкових заготовок визначено величину усадки (рис. 11: 1-; 2 - ; 3 -). На основі цього зроблено висновок, що більші значення усадки відповідають більшим значенням ширини стрічки та меншим значенням відносного радіуса згину , що пояснюється зміцненням металу внаслідок збільшення ступеня деформації.

Обґрунтовано застосування операцій зміцнення на основі результатів досліджень відмінностей фізико-механічних властивостей периферії витків ГЗ.

Проведено перевірку достовірності отриманих результатів, шляхом порівняльної оцінки їх відповідності експериментальним та теоретичним даним, що одержані іншими дослідниками (Б.М. Гевком, Л.М. Данильченко, В.П. Романовським, І.С. Івановим та ін.). За результатами проведених експериментальних досліджень виведено регресійні залежності.

У п’ятому розділі “Алгоритмічно-програмне забезпечення для проектування технологічних процесів виготовлення гвинтових заготовок” подано структуру функціонування створених програмних модулів на основі розроблених рекомендацій та посилань на аналітичні залежності дисертаційної праці, що дозволило спростити багатоваріантну задачу проектування ТП. Деталізовано зміст алгоритмізованих розрахунків, що використані для практичної реалізації розроблених ТП.

Підтверджено ефективність результатів проведених досліджень на основі порівняльного експертного аналізу ефективності ТП виготовлення ГЗ, розрахунку економічного ефекту на основі урахування різниці витрат відносно показників прибутків і технологічної собівартості від виробництва гвинтового живильника з робочим органом, виготовленим за розробленим ТП для умови рівності повних капіталовкладень виробника для базового та нового виробу, а також використанням методики загального визначення економічної ефективності науково-технічних розробок, що затверджена Міністерством економіки та з питань європейської інтеграції та Міністерством фінансів України, № 218/446 від 26.09.01.

ВИСНОВКИ

У дисертації наведене теоретичне узагальнення і нове вирішення науково-практичної задачі, що виявляється в розробці методології автоматизованого структурно-векторного синтезу технологічних процесів виготовлення гвинтових заготовок з початкових листових і стрічкових заготовок за рахунок удосконалення математичних і створення комп’ютерних моделей гвинтових заготовок, моделювання й дослідження зв’язків між технологічними процесами та конструктивно-технологічними характеристиками цих заготовок, розробки та реалізації багатоваріантної структури технологічних процесів виготовлення ГЗ різної складності і широкої номенклатури та типорозмірів, що дозволяє розширити технологічні можливості процесу виготовлення ГЗ і в кінцевому розумінні забезпечує зменшення матеріальних вкладень у виробництво, спрощення адаптації виробництва до можливостей комп’ютерних технологій, розширення номенклатури й діапазону геометричних параметрів ГЗ, а також зменшення матеріаломісткості і працемісткості технологічних процесів виготовлення ГЗ.

1. На основі удосконаленої класифікації гвинтових заготовок, технологічних процесів і технологічного спорядження для їх реалізації, запропонованої математичної і створеної комп’ютерної моделі ГЗ змодельовано зв’язки між розглянутими технологічними процесами та конструктивно-технологічними характеристиками заготовок, завдяки чому проведено порівняння технологічних маршрутів, оцінку стану та перспектив їх вдосконалення, конкретизовано межі їх раціонального використання, що забезпечило можливість адекватного вибору раціональних технічних рішень і дозволило зменшити витрати виробництва в 1,1-1,8 рази.

2. Розроблена методологія автоматизованого структурно-векторного синтезу технологічних процесів виготовлення ГЗ дозволила усунути фактор суб’єктивності та розширити дослідницькі можливості проектантів під час вдосконалення і пошуку нових технічних рішень, а також синтезувати перспективні технологічні маршрути та конструкції технологічного спорядження для їх реалізації, технічна новизна яких захищена 6 деклараційними патентами України на винаходи.

3. Розроблено та реалізовано багатоваріантну структуру технологічних процесів виготовлення різної складності, широкої номенклатури та типорозмірів ГЗ, що характеризуються товщиною до 6,3 мм для =500 Н/мм2, мінімальною шириною витків, рівною потроєній товщині заготовки, мінімальним внутрішнім діаметром 30 мм, кутом нахилу гвинтової лінії в межах 4 - 85?,
коефіцієнтом нерівномірності витягування стрічки 1,1 - 5,4, питомою висотою 5 - 120, коефіцієнтом кроку витка 0,1 - 0,75, коефіцієнтом технологічної складності виготовлення 0,1 - 0,65, коефіцієнтом використання матеріалу 75 - 95Рівень технологічності за матеріаломісткісткістю та відносна стійкість профілю ГЗ, що розраховані відносно штампозварних заготовок, складає відповідно 0,25 - 1,0 і 1,0 - 3,8.

4. Виведено аналітичні залежності для визначення геометричних параметрів ГЗ на основі урахування конструктивно-технологічних факторів їх формоутворення. Для навивних заготовок вони виражені у розрахунках величини коефіцієнту усадки стрічки . Визначено, що внаслідок навивання початкових стрічкових заготовок шириною 12 - 30 мм, товщиною 2 - 3 мм зі сталей Ст3, 08кп на оправи радіусами 18 - 27 мм змінюється в межах 0,929 - 0,988. Для ГЗ, одержаних з початкових листових заготовок, вони виражені у функційних параметрах кривих розкрою і кінематики калібрування на крок. Це дозволило керувати величинами конструктивних параметрів ГЗ, розробити методику їх проектування, а також визначити раціональні режими формоутворення таких заготовок.

5. Виведено уточнені залежності для розрахунку енергосилових параметрів виготовлення ГЗ, у яких враховано широкий ряд конструктивних параметрів інструменту та особливості його налагодження, на основі чого сформульовано комплекс заходів, що дозволили знизити момент навивання стрічкових заготовок на 8 - 12 %. З метою стабілізації параметрів навивних заготовок обґрунтовано необхідність забезпечення зусилля величиною не менше 500 Н попереднього радіального підтиску заготовки. За результатами експериментальних досліджень зусиль калібрування на крок проміжних спіралеподібних заготовок доведено перспективність використання ГЗ для виготовлення пружних елементів з нелінійними характеристиками.

6. Доведено, що продуктивність операції калібрування на крок залежить від діапазону зміни кута нахилу гвинтової лінії за довжиною заготовки. Встановлено, що для значень зміни =4 - 38? продуктивнішою є схема, яка реалізується змінною величиною подачі і постійною швидкістю обертання заготовки. Для =55 - 85? умова зворотна до попередньої, що дозволило використовувати технологічні процеси з максимальною продуктивністю.

7. Удосконалена методика розрахунку технологічного спорядження, на основі урахування конструктивно-технологічних показників формоутворення ГЗ, дозволила конкретизувати значення необхідних параметрів в сторону зменшення габаритних розмірів, а також матеріаломісткості конструкцій до 26 %. Визначено, що для технології дискретного навивання інструментом з перпендикулярними осями інструменту і оправи для спряження O40Н7/f7 ролика з віссю і зусилля згину стрічки =1400 Н, величини загального діаметра , довжини L ролика та діаметра торцевого спряження ролика з опорою відповідно рівні 120 мм, 51,5 мм, 72,6 мм. Для інструментів з паралельним розміщенням осей інструменту та оправи із не більше 800 Н і зусиллях радіального 350 Н та осьового 150 Н підтисків =196 мм, L = 43,2 мм.

8. Створено алгоритмічно-програмне забезпечення для автоматизованого проектування технологічних процесів виготовлення ГЗ, яке передбачає вибір та синтез схем формоутворення і технологічних маршрутів, проектування заготовок, розрахунок режимів їх формоутворення та проектування технологічного спорядження для їх виробництва, що дозволило скоротити терміни проектування на 60а працемісткість проектних робіт - на 40Завдяки використанню розрахунково-аналітичних методів здешевлено вартість виготовлення ГЗ на 5 - 30 %.

9. Отримані наукові результати та ефективність розроблених технологічних процесів і конструкцій технологічного спорядження для їх реалізації підтверджено експериментальними даними (максимальне розходження між результатами теоретичних викладок і експериментів не перевищує 21Розробки пройшли дослідно-промислову апробацію та знайшли застосування на підприємствах ВАТ “ТеКЗ” (м. Тернопіль), ВАТ “Ковельсільмаш” (м. Ковель), приватному підприємстві “Універст” (м. Тернопіль) і окремих приватних підприємствах Тернопільської області. Річний економічний ефект становить 5514,7 грн. Для ставки дисконтування не менше 0,16 впровадження викладених розробок характеризуються очікуваним терміном окупності не більше 0,7 року з очікуваним чистим дисконтованим прибутком не менше 75,72 тис. грн. Окремі результати досліджень заплановано використовувати у навчаль-ному процесі на кафедрі “Комп’ютерні технології в машинобудуванні” ТДТУ імені Івана Пулюя.

СПИСОК ОСНОВНИХ ПРАЦЬ, ОПУБЛІКОВАНИХ АВТОРОМ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

АНОТАЦІЯ

Васильків В.В. Технологічне забезпечення виробництва гвинтових заготовок з листового прокату. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.08 - технологія машинобудування.- Тернопільський державний технічний університет імені Івана Пулюя, Тернопіль, 2005.

Робота присвячена питанням підвищення ефективності формоутворення гвинтових заготовок деталей машин за рахунок розроблення раціональних технологічних процесів і методики їх проектування. Наведено метод пошуку структури і створення технологічних процесів шляхом структурно-векторного синтезу з використанням сучасного програмного забезпечення. Представлено багатоваріантну структуру формоутворення гвинтових заготовок з початкових листових і стрічкових заготовок. Встановлено аналітичні залежності для визначення характеристичних параметрів процесів розкрою, навивання та калібрування заготовок.

Отримані результати, які пройшли експериментальну перевірку та промислову апробацію, дали змогу запровадити нові конструкції технологічного спорядження, устаткування, технологічні схеми та методи їх розрахунку, що розширили технологічні можливості процесів та зменшили ресурсовитрати.

Ключові слова: гвинтові заготовки, листовий прокат, синтез, формоутворення, технологічний процес, розкрій, навивання, калібрування, проектування.

АННОТАЦИЯ

Васылькив В.В. Технологическое обеспечение производства винтовых заготовок из листового проката. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.08 - технология машиностроения. – Тернопольский государственный технический университет имени Ивана Пулюя, Тернополь, 2005.

Работа посвящена вопросам повышения эффективности формообразования винтовых заготовок деталей машин за счет разработки рациональных технологических процессов производства и методики их проектирования. Разработан метод поиска структуры и cоздания технологических процессов путем структурно-векторного синтеза с использованием современного програмного обеспечения. Предоставлено многовариантную структуру процессов формообразования винтовых заготовок из исходных листовых и полосовых заготовок. Установлены аналитические зависимости для определения характеристических параметров процессов разкроя, навивки и калибрирования заготовок.

Полученные результаты подтверждены экспериментально и прошли промышленную апробацию, позволили внедрить новые конструкции технологической оснастки, оборудование, технологические схемы и методы их расчета, расширили технологические возможности процессов и снизили ресурсозатраты.

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

Первый раздел посвящен анализу