ТЕРНОПІЛЬСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМЕНІ ІВАНА ПУЛЮЯ

ЛЯШУК ОЛЕГ ЛЕОНТІЙОВИЧ

УДК 621.81

ТЕХНОЛОГІЧНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ВИГОТОВЛЕННЯ ДЕТАЛЕЙ ТИПУ ТІЛ ОБЕРТАННЯ З ПРОФІЛЬНОГО ПРОКАТУ

05.02.08 – технологія машинобудування

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

ТЕРНОПІЛЬ - 2006

Дисертацією є рукопис

Роботу виконано в Тернопільському державному технічному університеті імені Івана Пулюя Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Гевко Богдан Матвійович,

Тернопільський державний технічний університет

імені Івана Пулюя,

завідувач кафедри “Технологія машинобудування”.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Карпусь Владислав Євгенович,

Національний технічний університет

“Харківський політехнічний інститут”,

професор кафедри “Технологія машинобудування та металорізальні верстати;

кандидат технічних наук

Cтойко Ігор Іванович,

Тернопільський державний технічний університет

імені Івана Пулюя,

доцент кафедри “Менеджмент підприємницької діяльності”.

Провідна установа: Одеський національний політехнічний університет,

кафедра “Технологія машинобудування”,

Міністерство освіти і науки України, м. Одеса.

Захист відбудеться “ 17” березня 2006 р. о 11 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К .052.03 Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя за адресою: 46001, м. Тернопіль, вул. Руська, 56.

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

Автореферат розісланий “_15__” __лютого___________ 2006 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Данильченко Л.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Однією з передумов подолання кризової ситуації у національній економіці є подальший розвиток машинобудування, який сприяє зростанню продуктивності праці, підвищенню ефективності виробництва, покращенню якості продукції та вимагає принципово нових пiдходiв до створення й використання високоефективних ресурсоощадних технологій.

Незважаючи на значну кількість наукових праць, які присвячені виробництву профільних гвинтових і кільцевих заготовок, рівень технологічного забезпечення в нашій державі та за її межами залишається недостатньо високим, а наукова база для його створення не завжди відповідає сучасним вимогам за матеріало- та енерго-місткістю.

Серед зазначених проблем важливе місце посідає дослідження та розроблення прогресивних технологічних процесів формоутворення гвинтових і кільцевих заготовок, які набули широкого застосування у різних галузях народного господарства. Підвищені вимоги до технологічних і конструктивних параметрів, якості, надійності та довговічності, розширення функціональних можливостей гвинтових та кільцевих заготовок потребують проведення глибокого аналізу існуючих технологій їх виготовлення та здійснення на цій основі науково обгрунтованих теоретичних і експериментальних напрацювань з метою успішного їх впровадження у виробництво.

Отже, дослідження, спрямовані на розроблення та практичну реалізацію раціональних технологічних процесів одержання профільних заготовок є актуальними, доцільними та перспективними з огляду на необхідність впровадження конкурентноздатних технологій з високими техніко-економічними показниками.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами та темами. Роботу виконано відповідно до тематики Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя та Української державної програми з розвитку сільськогосподарського машинобудування та забезпечення агропромислового комплексу конкурентноспроможною технікою Комітету з питань науки і техніки України (розділ “Машинобудування”, поз.43) “Високоефективні технологічні процеси в машинобудуванні на 2000-2006рр.”), за якими виконувался держбюджетні теми: №ДІ 111-04 “Розробка та дослідження технологій формоутворення профільних гвинтових елементів технічного обладнання”; №ДІ78-99, №0199U003997 “Моделювання технологічних процесів та гвинтових транспортних систем сільськогосподарських машин”, “Розробка та дослідження технологій формоутворення профільних гвинтових елементів технічного обладнання” (номер державної реєстрації 0104U000640).

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є розроблення науково-практичних рекомендацій для проектування технологічних процесів виготовлення кільцевих і гвинтових заготовок машин типу “тіл обертання” з профільного прокату на основі ресурсоощадних технологій.

Для досягнення мети в роботі поставлені та розв’язуються такі задачі:

- проаналізувати технологічні процеси виготовлення гвинтових і кільцевих заготовок і на цій основі розробити теоретичні передумови проектування ресурсоощадних технологій для виготовлення профільних гвинтових заготовок типу “тіл обертання” способом навивання на оправу з відповідними технологічними та конструктивними параметрами;

- розробити математичну модель формоутворення профільних гвинтових заготовок;

- розробити технологічні основи виготовлення гвинтових і кільцевих заготовок з граничними та номінальними конструктивними параметрами для дрібносерійного й серійного виробництва;

- провести теоретичні та експериментальні дослідження процесів формоутворення гвинтових і кільцевих заготовок з уточненням параметрів технологічного спорядження;

- встановити закономірності впливу конструктивно-технологічних параметрів і властивостей матеріалів та механічних властивостей гвинтових заготовок на параметри точності процесів їх формоутворення;

- спроектувати і виготовити функціонально здатні зразки технологічного оснащення, вимірювальних інструментів для навивання і розточування профільних заготовок різного технологічного призначення;

- розробити інженерну методику проектування технологічних процесів формоутворення гвинтових та кільцевих заготовок, технологічного оснащення і вимірювальних інструментів для їх виготовлення з впровадженням у виробництво результатів досліджень.

Об’єкт дослідження – прогресивні технологічні процеси виготовлення деталей машин з профільних заготовок.

Предмет дослідження – технологічне забезпечення процесів формоутворення гвинтових та кільцевих заготовок методами навивання.

Методи дослідження. Теоретичні дослідження базувались на фундаментальних засадах технології машинобудування, теорії різання, теорії пружності й пластичного деформування з використанням методів системного аналізу, положень аналітичної геометрії, теоретичної механіки, теорії надійності, параметричної і структурної оптимізації, нелінійного програмування. Експериментальні дослідження виконувалися за спеціально розробленою методикою з використанням виготовленого устаткування та спорядження, дослідних і промислових зразків на основі методів математичного планування експерименту, теорії подібності та моделювання, а також з використанням розроблених методів визначення технологічних і конструктивних параметрів. Результати експериментальних досліджень опрацьовано методами математичної статистики.

Наукова новизна одержаних результатів полягє в тому, що вперше:

- виведено аналітичні залежності для визначення напружено-деформованого стану згину Г-подібних заготовок, розподілу напружень, згинальних моментів, приведеного радіусу прикладання сил згину, поздовжніх і поперечних сил;

-розроблено математичну модель технологічного процесу формоутворення профільних гвинтових заготовок, що дало змогу встановити аналітичні залежності для визначення технологічних і конструктивних параметрів гвинтових і кільцевих Г-подібних заготовок;

-встановлено основні технологічні параметри процесів формоутворення і різання та досліджено їх вплив на показники шорсткості і точності, які підтверджено експериментально;

-розроблено технологічні основи виготовлення гвинтових і кільцевих заготовок алгоритмічне програмне забезпечення і прикладні програми проектування оптимальних конструкторсько-технологічних параметрів формоутворення гвинтових заготовок деталей машин технологічного оснащення.

Практичне значення одержаних результатів:

-розроблено технологічні схеми формоутворення гвинтових і кільцевих профільних заготовок, а також конструкції устаткування й спорядження для їх виготовлення;

-розроблено технологічний процес формоутворення Г-подібних профілів деталей машин з проектуванням устаткування й спорядження для їх реалізації;

-спроектовано, випробувано й впроваджено на ВАТ “Ковельсільмаш” пристрій для виготовлення ободів коліс;

- на основі результатів досліджень розроблено нові типи гвинтових механізмів: гвинтовий робочий орган змішувача, гвинтовий вібраційний конвеєр, на які отримано деклараційні патенти України;

- розроблено інженерну методику проектування технології виготовлення профільних заготовок, які передано підприємствам для реалізації на виробництві та впроваджено в навчальний процес підготовки фахівців освітньо-кваліфікаційного рівня бакалавр з напрямку 06.0902 “Інженерна механіка” для викладання дисциплін “Технологія машинобудування”, “Сучасні технології в машинобудуванні”, “Проектування та виробництво заготовок” на кафедрі технології машинобудування Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя.

Особистий внесок здобувача полягає в тому, що автором безпосередньо розроблено теоретичні [1,2,7,8] та технологічні [5,11,13,14] передумови процесів формоутворення профільних гвинтових і кільцевих заготовок, одержано аналітичні залежності для визначення силових [6,15] та конструктивних параметрів технологічного оснащення [6,9,10,12,15,16], проведено комплекс експериментальних досліджень [4], а також запропоновано обгрунтування конструктивних параметрів вимірювальних інструментів для виготовлення профільних заготовок [3].

Основні теоретичні та експериментальні дослідження за темою дисертаційної роботи виконано автором самостійно. Постановка задач, аналіз і трактування результатів виконано спільно з науковим керівником та, частково, з співавторами публікацій.

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати роботи доповідались й обговорювались на: науково-практичних конференціях Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя у 2002-2005рр., Міжнародній науково-технічній конференції студентів, аспірантів та молодих вчених “Прогрессивные направления развития машино-приборо-строительных отраслей и транспорта” (м.Севастополь, 2004), 7-й міжнародному симпозіумі українських інженерів-механіків (м.Львів, 2005), ІV Міжнародній науково-технічній коференції “Механізація і енергетика сільського господарства - МОТROL -2003” (м.Київ, 2003), Міжнародних науково-практичних конференціях, присвячених пам’яті П.М. Василенка “Проблеми землеробської механіки”; у Харківському національному технічному університеті сільського господарства імені П.М. Василенка, 2003 р. і у Вінницькому аграрному університеті, 2004 р. Робота доповідалась й отримала позитивний відгук на розширеному засіданні науково-технічного семінару Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя і на кафедрі “Технологія машинобудування” Одеського національного політехнічного університету.

Публікації. Результати наукових досліджень викладені у 16 друкованих працях, з яких 8- статей у фахових виданнях, решта – матеріалах двох міжнародних науково-технічних конференціяж та 6 деклараційних патентів України на винаходи.

Структура та обсяг. Дисертація складається з вступу, 5 розділів, загальних висновків, списку використаних літературних джерел із 138 назв, 96 рисунків, 8 таблиць, а також 18 додатків на 79 сторінках. Загальний обсяг роботи 275 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі подано загальну характеристику роботи, обґрунтовано актуальність теми, визначено мету та задачі досліджень, викладено наукову новизну та практичне значення отриманих результатів.

У першому розділі висвітлено сучасний стан досліджуваної проблеми, показано її актуальність та наведено результати огляду літературних джерел. Проаналізовано методи одержання гвинтових і кільцевих заготовок пластичним деформуванням, здійснено аналіз відомих технологічних схем та результати їх практичного застосування. Подано аналіз чинників, які мають вирішальний вплив на точність процесів формоутворення. Наведено порівняльну характеристику виготовлення заготовок деталей типу “тіл обертання” методом литва, кування і навивання.

Аналіз існуючих методів формоутворення гвинтових і кільцевих заготовок показав, що вони є недосконалими та працемісткими внаслідок низької точності поверхонь і розмірів заготовок, не забезпечують можливості їх раціонального виготовлення, тому потребують подальшого вдосконалення з метою розширення функціональних і технологічних можливостей отримання гвинтових елементів складних форм із поперечним перерізом різного профілю.

Розробленням технології виготовлення та визначенням конструктивних параметрів кільцевих і гвинтових заготовок займались І.П. Рене, Є.М. Мошнін, Ю.А. Аверкієв, А.З. Журавльов, А.Е. Церна, Д.Я. Шифрін, Б.М. Гевко, М.І. Пилипець, Р.М. Рогатинський, Л.М. Данильченко, Д.Л. Радик, В.В. Васильків та інші. Технологія виготовлення профільних кільцевих заготовок навиванням на оправки не у повній мірі оцінює параметри їх одержання з мінімальними внутрішніми діаметрами. Тому, для оцінки процесів формоутворення гвинтових та кільцевих заготовок навиванням виникла потреба введення нового критерію, який би враховував коефіцієнт питомої висоти та радіус кривини профільної навивної заготовки (ПНЗ).

У другому розділі наведено економічне обґрунтування доцільності використання ПНЗ і запропоновано перспективні конструкції різного функціонального та технологічного призначення. Здійснено аналіз залежності витрат на виготовлення гвинтових деталей із ПНЗ та аналогічних, отриманих штампуванням та куванням, який довів суттєві переваги першого за показниками праце- , матеріало- та енергомісткості за рахунок оптимального способу отримання заготовки, коефіцієнту використанняматеріалу та відсутності чорнового оброблення. Експлуатаційні характеристики деталей, виготовлених з ПНЗ, значно вищі в умовах динамічних навантажень на відміну від статичних, оскільки в зоні удару контактна жорсткість менша. Отже, вдосконалення технологічних процесів виготовлення та відновлення деталей типу “тіл обертання”, які характеризуються низькою праце- та матеріаломісткістю, полягає у створенні нових типів заготовок, виготовлених із різних профілів з відповідними конструктивними параметрами навиванням на оправу.

Розглянуто особливості виготовлення навивних заготовок з кутника методами пластичного деформування дискретним та неперервним навиванням. У зоні пластичного деформування створюється складний напружено-деформований стан, дослідження якого важливе для визначення ряду технологічних чинників процесу формоутворення та конструктивних параметрів виробу.

Під час навивання кутника розподіл контактних напружень є складним, а напружено-деформований стан описується симетричними тензорами другого рангу (рис.1). У прямокутних декартових координатах для довільного елементу заготовки рівняння рівноваги відоме.

З врахуванням гвинтової симетрії спіралі замість декартових координат використано спеціальну систему гвинтових координат Оntb, в якій вісь Ot спрямована вздовж дотичної до гвинтової лінії (напрямної), вісь On – вздовж нормалі, а вісь Ob – вздовж бінормалі. Оскільки, розглядається напружено-деформований стан у тонких пластинах, то приймаємо, що вісь Ob спрямована прямолінійно вздовж нормалі до серединної поверхні, а орти системи співпадають з векторами супутнього трикутника середньої гвинтової лінії.

Для складання рівняння рівноваги в системі гвинтових координат Оntb виділено елементарний об’єм: dV=dn·dt·db. На гранях виділеного об’єму діють нормальні ?t, ?n ?b, та відповідні тангенційні напруження (рис.1).

Рис.1. Розрахункова схема напружено-деформованого стану елементу

навивання заготовки у гвинтовій системі координат

Якщо позначити кривину осьової гвинтової лінії , врахувавши, що товщина полички змінюється за законом , де - висота полички перед навиванням; - радіус нейтрального шару деформації, то рівняння рівноваги внутрішнього елементу із змінною висотою має вигляд:

(1) |

Після відповідних перетворень отримано рівняння:

, | (2) |

де , - відповідно радіальне та граничне напруження; - раціональний параметр гвинтової заготовки, що відповідає координаті n; – параметр кроку гвинтової поверхні (тут Т – крок гвинтової поверхні). Для зони розтягу прийнято знак (+), для зони стиску – (-).

Розв’язок рівняння(2) для зони розтягу має вигляд:

, | (3) |

для зони стиску:

, | (4) |

де та – максимальні та мінімальні радіуси за зовнішнім та внутрішнім контуром гвинтової заготовки.

Визначено радіус нейтрального шару, що розподіляє зону стиску та зону розтягу (для ) дорівнює:

(5)

Значення поздовжньої сили отримано як інтегральну суму тангенційних напружень за площею заготовки:

, | (6) |

де – коефіцієнт, який залежить від співвідношення головних напружень;  – внутрішній радіус контуру.

Експериментальні дослідження підтвердили, що технологічний процес неперервного навивання заготовок з профілів і сходження з оправи навитої заготовки за мінімальних енергозатрат забезпечується лише тоді, коли сила тертя між першими двома - трьома навитими витками й оправою максимальна.

Викладена методика розрахунку параметрів формоутворення профільних заготовок може мати широке застосування, зокрема, для виготовлення заготовок з Г-подібних гвинтових профілів. Технологічні параметри процесу навивання (граничні напруження, розтягувальна сила, момент від тангенційних напружень) визначаються за залежностями, наведеними вище.

Досліджено процес навивання U-подібної заготовки в пакет щільно навитих витків (рис.2). Крок навивання пакету дорівнює ширині U-подібної заготовки (подвійній товщині кільця із врахуванням припусків) і є значно меншим довжини заготовки, необхідної для формування одного витка.

Рис. 2. Розрахункова схема дії сил для навивання U-подібної заготовки

на оправу

Для зменшення впливу похибок, що виникають при цьому, доцільно прийняти розрахунковий радіус оправи рівним радіусу кривини внутрішньої циліндричної поверхні

, (7)

де r0 – радіус оправи, b – ширина U-подібного профілю.

Під час навивання ребристих елементів профілю реалізується плоско-напружений стан, для якого напруження по вісі, паралельній вісі оправи та дотичні напруження в площині нормального перетину дорівнюють: 0.

Записано умову пластичності Губера-Мізеса для плоского напружено-деформованого стану:

, (8)

де , - максимальне та мінімальне головні напруження; - напруження текучості; - коефіцієнт, що залежить від співвідношення головних напружень ().

Напруження текучості для випадку згину доцільно апроксимувати лінійною залежністю:

, (9)

де - екстрапольована межа текучості; П – лінійний модуль зміцнення; - радіус нейтральної поверхні деформації, приймається рівним радіусу нейтрального шару деформації.

Для зони розтягу мінімальне та максимальне напруження в ребровому елементі: , і , для зони стиску (ребровий елемент), і . Для перемички (плоско-деформований стан): , відповідно , і .

Навивання заготовки (рис.2) здійснюється роликом, на якому виникає сила згинання Р. Тоді на оправі також виникає рівнодійна реакція R=P, сили тертя від якої , а сили тертя на ролику сприяють утворенню розтискаючої сили N, прикладеної до заготовки. Тут - коефіцієнт тертя від кочення ролика, - коефіцієнт бокового тертя від осьових сил, що діють на ролик (сили бокового тиску).

Для визначення силових параметрів навивання визначено величину радіусу деформації. Отримано розв’язок рівняння рівноваги в ребристих елементах профілю

для зони розтягу:

(10)

, (11)

для зони стиску:

(12)

. (13)

Визначено розтягувальну силу N, момент навивання (на оправі) та радіус нейтральної деформації:

; (14)

, (15)

де - ширина стопорного кільця; - ширина перемички між сусідніми ребрами.

В процесі згинання профілів, окрім згинного моменту, виникають поперечні згинальні зусилля, що можуть депланувати площину згину профілю, тому для протидії необхідно використовувати відповідні технічні засоби (притискні ролики, напрямні тощо).

Визначено зусилля Р, необхідне для згинання профілю із плечем l:

. (16)

Радіус нейтральної поверхні деформації визначено за залежністю:

(17)

Встановлено, що запропонований технологічний процес навивання профільних заготовок забезпечує виготовлення гвинтових та кільцевих заготовок за умови, що граничне відношення їх висоти до ширини ребра обмежується не втратою стійкості, а пластичністю металу, що підтверджується розподілом деформацій та напружень за перерізом профілю під час навивання (рис.3).

В третьому розділі викладено програму та методику експериментальних досліджень навивання й проточування профільних Г-подібних кільцевих та гвинтових заготовок. Пристрій для навивання заготовок з Г-подібного профілю (рис.4) базувався на токарному верстататах 16К20 і 16К40 з частотою обертання шпинделя с-1. Під час навивання кільцевих та гвинтових заготовок з Г-подібного профілю на оправу з щільним приляганням нижньої полички визначали зусилля згину динамометром ДПУ-05, для матеріалів профілів: Ст 3, 08кп, Ст 65Г, алюмінієві сплави Д16 товщиною полички = 2,5-5 мм, шириною = 20-31 мм.

Для визначення радіусу згину в процесі навивання і проточування профільних заготовок використовували оправи радіусом 100, 200, 300, 400 мм. Обґрунтовано вибір конструктивних параметрів заготовок, розглянуто питання проектування технологічного спорядження для навивання профільних гвинтових заготовок деталей машин. Для визначення залежностей згинального моменту від зміни ширини і марки матеріалу заготовки з діаметром оправи для проведення технологічного процесу навивання профільних Г- подібних заготовок проведено комплекс експериментальних досліджень, реалізація яких відбувалася шляхом планування та проведення двофакторного експерименту типу ПФЕ 32. Оскільки, при проведенні експериментів змінні незалежні фактори неоднорідні та мають різні одиниці вимірювання, а числа, що виражають значення цих факторів - різні порядки, то їх приводили до єдиної системи розрахунків шляхом переходу від дійсних значень до кодованих.

Вводили умовні позначення верхнього, нижнього та нульового рівнів варіювання факторів, відповідно +1, -1, 0 для побудови умовної план-матриці планування експериментів. Після оброблення експериментальних даних отримано рівняння регресії в кодованій формі, які характеризують залежність зміни згинального моменту процесу навивання Г-подібної профільної заготовки від діаметру оправи і ширини заготовки =f(x1;x2), =f(x1;x2) відповідно для алюмінієвих сплавів Д16 і сталі Ст3:

=1,22-0,22 x1+1764x2+0,0008 x12+0,004 x1 x2-0,31x22; (18)

=216,14+0,42 x1+1,36 x2+0,0006 x12+0,013 x1x2-0,03 x22, (19)

де x1 – діаметр оправи; x2 – ширина заготовки.

Для заміру конструктивних і технологічних параметрів оброблених заготовок типу тіл обертання розроблено контрольний пристрій з давачами шорсткості і точності з виведенням результатів заміру на комп’ютерну систему.

В четвертому розділі наведено результати експериментальних досліджень процесів навивання заготовок із внутрішніми радіусами r=100-400 мм з профілів висотою полички до 31 мм і товщиною H= 2,5-5 мм, що дозволило з більшою точністю встановити закономірності та особливості процесів формоутворення гвинтових і кільцевих заготовок.

Для досліджуваних заготовок використовували профілі з сталі 0,8 кп, Ст3, Сталі 1Х18Н9Т,0 Ст65Г і алюмінієвих сплавів Д16. В процесі виготовлення кілець визначали залежності зусилля навивання заготовок діаметром оправи 200 мм від ширини заготовки. Проведені експериментальні дослідження показали, що стабільний процес навивання заготовок здійснюється в тому випадку, коли rB, а відносна висота В/Н  22 (рис.5). Дослідженням встановлено, що у випадку згинання заготовки силою, плече прикладення якої , зведена висота ребра кутника bзв=12-18.

За схемою неперервного навивання профільних заготовок встановлено, що сила згинання в меншій мірі залежить від початкової осьової сили притискання, ніж під час дискретного процесу.

На рис.6 наведено графічні залежності сили згинання різних типів профільних заготовок від радіусу оправи, висоти полички, плеча прикладання згинальної сили та інших параметрів для різних марок матеріалів.

Проведені дослідження показали принципову можливість навивання на оправу гвинтових деталей зі зведеною висотою, що обмежується практично не втратою стійкості, а пластичністю металу.

З метою вивчення процесів проточування гвинтових заготовок проведено комплекс досліджень із зміною відповідних параметрів в межах: для вибору раціональних параметрів та режимів різання - глибиною різання 1-3 мм, подачею 1,0-1,8 мм/об, швидкістю різання 150 м/хв. При цьому забезпечуються точність за7-9 квалітетами і шорсткість обробленої поверхні в межах Ra=1,6- 2,5 мкм для матеріалів - сталь Ст3, 08кп, 65Г, Сталь 1Х18Н9Т, алюмінієвих сплавів Д16.

Аналіз результатів досліджень, зокрема, процесів проточування гвинтових заготовок за зовнішнім діаметром показав, що підвищення швидкості різання зменшує силу різання для Ст 3, Ст 65Г (рис.7, 8). Отримані результати можна використовувати для проектування нових технологічних процесів виготовлення гвинтових та кільцевих деталей високої точності за зовнішнім діаметром з профільних заготовок. Запропоновано варіанти технологічних процесів виготовлення кільцевих заготовок.

На рис. зображено фрезерувальний пристрій, в якому базування навивної гвинтової заготовки здійснюється за зовнішнім діаметром встановленням в упор 5 касети за допомогою шліцевого пазу 2 корпусу 1 з притиском 6. Важливо, щоб вісь заготовки знаходилась у горизонтальному положенні та обидва її кінці (технологічні відходи) потрапляли в зону різання. Після розрізання кілець проводили зачищення заусенців, гострих країв кругом шліфувальним ПП 2001832 25 А25 ПСК7К5 35 м/с А1 ГОСТ2424-83 на універсально–заточному верстаті моделі 3М642. Деталі встановлювали у сепаратор, закріплювали плитою електромагнітною 200320 ГОСТ 17519-72, а торці шліфували кругом шліфувальним ПП45050 203 25А25 ПС7К5 35м/с А1 ГОСТ 2424-83 з поздовжньою подачею стола 20 м/хв і поперечною 10 мм на подвійний хід.

В п’ятому розділі наведено інженерні методики проектування і розрахунку технологічного оснащення для навивання профільних Г-подібних заготовок, виготовлення деталей типу “тіл обертання” і кілець, а також конструкції вимірювальних інструментів.

На рис.10 зображено контрольний пристрій для заміру конструктивних параметрів деталей типу “тіл обертання” з загальною похибкою деталі 0,01-0,04 мм.

Проектування технологічних процесів виготовлення гвинтових і кільцевих заготовок методами навивання пов’язане перш за все з визначенням ступеня складності кутника, який оцінюється коефіцієнтом нерівномірності витягування та відносною товщиною заготовки , яка характеризує стійкість процесу формоутворення

Проаналізовано результати експериментальних досліджень процесів навивання профільних заготовок їх можливого відпружинення і скручування,

розроблено пристрої для навивання профільних заготовок, конструкції яких захищені деклараційними патентами.

ВИСНОВКИ

1. У дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове рішення науково-технічної задачі, що полягає в розробленні високопродуктивних ресурсоощадних технологічних процесів виготовлення гвинтових деталей, які характеризуються покращеними експлуатаційними характеристиками та раціональними конструк-тивними параметрами удосконалених і розроблених конструкцій технологічного устаткуваня й спорядження на основі дослідженої математичної моделі формоут-ворення профільних заготовок, що дало змогу визначати граничні та номінальні силові й конструктивні параметри технологічного оснащення, а також розробити передумови формоутворення гвинтових заготовок з Г-подібним поперечним перерізом, які забезпечують високу технологічність і продуктивність процесу виготовлення ободів. Використання відомих методик розрахунку процесів виготовлення гвинтових заготовок навиванням 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 розроблень 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 з метою покращення технологічних та експлуатаційних показників, зокрема, підвищення продуктивності, якості та точності виготовлення, зниження собівартості одиниці продукції.

2. Вперше розроблено математичну модель технологічного процесу навивання гвинтових і кільцевих заготовок з прокату поперечного перерізу 20?20-31?31мм заданого кроку, в результаті чого виведено аналітичні залежності для визначення їх технологічних і конструктивних параметрів. Проведені теоретичні дослідження напружено-деформованого стану формоутворення профільних заготовок дали можливість визначити розподіл напружень, згинальних моментів, поздовжніх і поперечних сил, приведеного радіусу згинання.

3.Вперше розроблено теоретичні передумови технологічних процесів формо-

утворення щільним навиванням гвинтових заготовок з профільного прокату з відповідними технологічними й конструктивними параметрами, досліджено напружено-деформований стан з використанням жорстко-пластичної моделі Мізеса, який виникає внаслідок пластичного деформування та покладений за теоретичну основу в проектуванні принципово нових технологічних процесів виготовлення гвинтових

( 80-160 мм) і кільцевих (200-800 мм) заготовок зі зведеною висотою bзв= 12-18.

4. Вперше розроблено та реалізовано технологічні методи виготовлення кільцевих і гвинтових профілів методами періодичного та неперервного навивання, спроектовано устаткування для дослідження впливу зусиль згинання навивних заготовок на технологічність і конструктивні параметри процесу формоутворення на верстатах 16К20 і 16К40, що дозволило встановити раціональні режими механічного оброблення гнутих профілів (товщиною Н=2,5-5мм з кутовою швидкістю =1,3с).

5.Проведено комплекс експериментальних досліджень процесів згинання кутників з матеріалів: сталь 0,8 кп, Ст3, Ст65Г, алюмінієвий сплав Д16 з поперечним перерізом заготовок 20?20-31?31мм, товщиною Н=2,5-5мм та формоутворення Г-подібних заготовок D=200-800мм, радіусами заокруглень зовнішнього ребра rз=B/2, швидкістю навивання V=30-60м/хв, зусиллями навивання Р=500-1000Н і моментами Мн1310 Нм з вибором оптимальних параметрів та режимів різання: t = 1-3мм, S = 0,05-1,8 мм/об, V = 600 м/хв, які забезпечують точність за 7- 9 квалітетами і шорсткістю обробленої поверхні Ra=1,6-2,5 мкм з урахуванням особливостей перехідних процесів з ударними навантаженнями.

6.Дослідженнями реалізовано сприятливі схеми згинання, які здійснюються поперечною незосередженою згинальною силою із плечем прикладання у зоні деформації та покращенням умов деформування металу, що дало можливість підвищити поперечну й поздовжню стійкість процесів формоутворення, збільшити ступінь видовження зовнішнього ребра внаслідок дії значних радіальних напружень у зоні пластичної деформації, зменшити величину відпружинення сталевих (16-22%) і алюмінієвих (4-8%) заготовок, що враховано в проектуванні технологічного оснащення і вимірювальних інструментів.

7.Підтверджено економічну доцільність використання навивних заготовок на основі запропонованих ресурсоощадних технологій та застосування технологічного процесу виготовлення профільних гвинтових і кільцевих заготовок, що дає змогу зменшити питомі матеріально-енергетичні витрати на 22-35% та собівартість деталі, забезпечити високу надійність й довговічність, а також розширити їх функціонально-технологічні можливості застосуваня у різних галузях машинобудування.

8. Проведені експериментальні дослідження згідно розробленої програми досліджень підтвердили адекватність теоретичних розрахунків дійсним значенням технологічних параметрів. Порівняльний аналіз зусиль і моментів, отриманих експе-риментальним і розрахунковим шляхом із використанням багатофакторного експерименту, показав високу для практики точність розрахунків з похибкою 12-22 %.

9.Розроблено інженерну методику проектування ресурсоощадних технологічних процесів, технологічного оснащення для виготовлення профільних заготовок типу “тіл обертання” періодичним та неперервним способами навивання, а для заміру параметрів роликів розроблено контрольний пристрій з точністю 0,05-0,1. Результати досліджень впроваджено в конструкціях нових типів механізмів та частково на ВАТ “Ковельсільмаш” (м. Ковель, Волинської області) з річним економічним ефектом 3257,2 грн. Технічна новизна розроблень захищена 6 деклараційними патентами України на винаходи.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ АВТОРОМ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Ляшук О.Л. Особливості виготовлення профілю гвинтових та кільцевих заготовок // Наукові нотатки.- Луцьк: Ред. -вид. відділ ЛДТУ, 2003.-Вип.12.-С.160-164.

2. Ляшук О.Л. До питання формоутворення профільних кільцевих заготовок // Вісник Харківського державного технічного університету сільського господарства “Механізація сільськогосподарського виробництва”. - Вип. 21. - Харків: ХДТУСГ, 2003. - С.421-425.

3. Ляшук О.Л. Обґрунтування конструктивних параметрів інструментів для виготовлення Г-подібних заготовок // Донбаська державна машинобудівна академія –Вип. 16. - Краматорськ: ДДМА, 2004. – С.32-37.

4. Ляшук О.Л. Результати експериментальних досліджень технологічних процесів навивання Г-подібних гвинтових і кільцевих заготовок деталей машин // Наукові нотатки.- Луцьк: Ред.-вид. відділ ЛДТУ, 2005.-Вип.16.-С.156-161.

5. Брощак І.І., Ляшук О.Л., Дзюра В.О. Особливості технології виготовлення стопорних кілець привідних валів // Наукові нотатки. - Луцьк: Ред.-вид. відділ ЛДТУ, 2005.-Вип.16.-С.11-15.

6. Гевко Б.М., Ляшук О.Л. Розрахунок витрат потужності процесу формоутворення профільних гвинтових заготовок // Наукові нотатки. - Луцьк: Ред.-вид. відділ ЛДТУ, 2005.-Вип.16.-С.28-35.

7. Пилипець М.І., Ляшук О.Л. Динамічна модель процесу формоутворення ребристих гвинтових профілів // Вісник Тернопільського державного технічного університету. – Т.9, №4. – Тернопіль: ТДТУ, 2004. – С.48-53.

8.Рогатинський Р.М., Гевко І.Б., Ляшук О.Л. Дослідження процесу формоутворення гвинтових кілець з компенсаторами зношування заготовок // Вісник Харківського державного технічного університету сільського господарства “Механізація сільськогосподарського в-ва”. - Вип. 41. - Харків: ХДТУСГ, 2005. - С.160-165.

9. Пат. 65123А Україна МКВ В21D11/06. Пристрій для виготовлення П-подібних ободів / І.Б. Гевко, О.Л. Ляшук. -№2003065189; Заявл.05.06.2003; Опубл. 15.03.2004; Бюл. № 3. -3с.

10. Пат. 66638А Україна МКВ В21D11/06. Пристрій для виготовлення ободів / О.Л. Ляшук. -№2003087706; Заявл.14.08.2003; Опубл. 17.05.2004; Бюл. № 5.-3с.

11. Пат. 61354А Україна МКВ В21D11/06. Спосіб виготовлення гвинтових стрічкових робочих органів / І.Б. Гевко, О.Л. Ляшук. -№2003010130; Заявл. 03.01.2003; Опубл. 17.11.2003; Бюл. № 11.-2с.

12. Пат. 62616А Україна МКВ В21D11/06. Пристрій для формоутворення профільних гвинтових елементів на крок / І.Б. Гевко, А.П. Драган, О.Л. Ляшук. -№2003043403; Заявл.15.04..2003; Опубл. 15.12.2003; Бюл. № 12.-2с.

13.Пат. 7758U Україна МКВ В65G33/26. Гвинтовий робочий орган змішувача / І.Б. Гевко, О.Л. Ляшук. -№20041008387; Заявл. 15.10.2004; Опубл. 15.07.2005; Бюл. № 7. -2с.

14.Пат. 6433U Україна МКВ. В65G33/16 Гвинтовий вібраційний конвеєр / І.Б. Гевко, О.Л. Ляшук.- №20040806708; Заявл. 10.08.2004; Опубл. 16.05.2005; Бюл. № 5.-2с.

15. Гупка Б.В., Васильків В.В., Ляшук О.Л. Трибологічні умови конструювання устаткування для виготовлення профільних гвинтових та кільцевих заготовок. // ІV Міжнародна науково-технічна коференція “Механізація і енергетика сільського господарства – МОТROL - Люблін-Київ”, 2003.-С. 405-408.

16. Ляшук О.Л., Проектування технологічного оснащення для виготовлення кільцевих заготовок //Міжнародна науково-технічна конференція студентів, аспірантів та молодих вчених “Прогрессивные направления развития машино-приборо-строительных отраслей и транспорта”. – Т.1, Севастопіль: НТУ, 2004.-С.50-52.

А н о т а ц і я

Ляшук О.Л. Технологічне забезпечення виготовлення деталей типу „тіл обертання” з профільного 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, 2006.

В дисертації на основі проведених теоретичних і експериментальних досліджень викладено узагальнення та запропоновано нове вирішення науково-прикладної задачі розроблення ресурсоощадних технологій виготовлення якісних гвинтових заготовок деталей машин типу “тіл обертання” методом навивання профільних стрічок на оправу з використанням розробленого та впровадженого технологічного устаткування та спорядження.

Запропонована математична модель описує процес формоутворення заготовок з кутового профілю забезпечує стійкість процесу навивання з мінімальними енерговитратами за умови, що граничні відношення висоти до товщини ребер обмежуються не втратою стійкості, а пластичністю матеріалу. Представлено результати експериментальних досліджень впливу конструкторсько-технологічних параметрів на показники точності витих заготовок.

На основі теоретичних розроблень, лабораторних і дослідно-промислових випробувань розроблено технологічне устаткування для навивання різнопрофільних заготовок деталей машин. З урахуванням теоретичних положень рівноваги пластичних твердих тіл запропоновано методи забезпечення стійкості кутника в процесі формоутворення.

Ключові слова: гвинтова заготовка, технологічний процес, формоутворення, навивання, оправа, стійкість.

А н н о т а ц и я

Ляшук О.Л. Технологическое обеспечение изготовление деталей класса типа “тел вращения” с профильного 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, 2006.

В диссертации на основании проведённых теоретических и экспериментальных исследований изложено обобщение и предложено новое решение научно- прикладной задачи разработки ресурсосберегающих технологий изготовления качественых витых профильных заготовок для деталей класса “тела вращения” методом формообразования из прямых и профильных заготовок, навитых на оправку с применением созданого и внедрёного технологического оборудования и оснастки.

Предложенная математическая модель описывает процесс формообразования заготовок с углового профиля, обеспечивает стойкость навивки с минимальными энергозатратами при условии, что граничные отношения высоты к толщине ребёр ограничиваются не потерей устойчивости, а пластичностью материалла.

На основании теоретических разработок, лабараторных и исследовательно-промышленых испытаний разработано технологическое оборудование для навивки разнопрофильных заготовок деталей машин. С учётом теоретических положений равновесия пластических твёрдых тел предложены методы обеспечения стойкости уголка в процессе формообразования.

В первом разделе проведен анализ известных в литературе результатов исследований технологических процессов изготовления витых деталей навивкой из профильных заготовок. Рассмотрены способы их изготовления, технологическая оснастка, обоснованы области применения витых заготовок и предложены перспективные конструкции для их реализации, сформулирована цель и задачи исследования.

Во втором разделе наведено обоснование применения технологических методов изготовления витых профильных заготовок и их конструктивно-технологических параметров. Это показало, что они не обеспечивают надлежащего уровня технологичности, не отвечают технико-экономическим требованиям по удельным затратам, материало- и энергоемкости, а также качеству их изготовления.

Полученные аналитические зависимости позволили в третьем разделе установить основные закономерности обтачивания профильного уголка, а также исследовать влияние режимов резания и других параметров точения на изменение силы резания. Предложены пути достижения точности изготовления навиванием Г - подобных заготовок. Созданная схема формообразования улучшает условия деформирования материалла заготовки и способствует повышению поперечной и продольной сил. Рассмотрены особенности изготовления заготовок способом навивки пластического деформирования из профилей, в основе которого лежит создание таких условий, которые предупреждают потерю устойчивости ребёр уголка при изгибе.

Значительный объем выполненых экспериментальных исследований в четвёртом разделе позволил подтвердить возможность стабильной навивки на оправку исходных заготовок из профилей, что объясняется благоприятной схемой гибки, которая способствует повышению поперечной и продольной силы.

В пятом разделе разработаны методики рассчета и проектирования технологических процессов дискретного и непрерывного формообразования профильных винтовых заготовок с обеспечением эксплуатационных требований, на основе которых создано конкурентоспособное технологическое оборудование для их изготовления. Подтверждена эффективность разработанных ресурсосберегающих технологий формообразования профильных витовых заготовок, рабочих органов транспортно-технологических систем. Они прошли опытно-промышленную апробацию и внедрены в производство на предприятиях Украины.

Ключевые слова: винтовая заготовка, технологический процес, формообразование, навивка, оправа, стойкость.

Annotation

Lyashuk O.L. Technological providing with manufacture of components like “bookies of circulation” from profile rolling. – The manuscript.

The dissertation for getting a scientific degree of Candidate of Sciences Engineering, speciality 05.02.08 – mechanical engineering. – Ternopil State Technical University named after Ivan Puluj.- Ternopil, 2006.

On the basis of theoretical and experimental study the summary is made and a new solution for scientific and technical problem of the development of resource-saving technologies for manufacturing efficient cylinder and profile winding screw blanks for “winding body” parts formed from straight and profile strips by winding on rim using new technological equipment and machinery, is suggested.

Suggested mathematic model describes the process of blank forming from the rib profile, provides the winding rigidity with minimum energy waste if the limiting rate of hight to thickness is limited not by the rigidity failure but by the material plasticity.

On the basis of the theoretical developments, laboratory and research-industrial testing technological equipment for winding multi-profile machine-parts blanks was development. The methods for providing strips rigidity while forming were suggested when the theoretical fundamentals of the plastics solids equilib rium are taken into account.

Key words: screw blank, technological process, forming, winding, rim, rigidity.