ТЕРНОПІЛЬСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ІМЕНІ ІВАНА ПУЛЮЯ

ДРАГАН АНДРІЙ ПЕТРОВИЧ

УДК 621.81

ТЕОРЕТИЧНІ ПЕРЕДУМОВИ ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ ВИГОТОВЛЕННЯ ГВИНТОВИХ ГОФРОВАНИХ ЗАГОТОВОК

05.02.08 – технологія машинобудування

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

тернопіль – 2007

Дисертацією є рукопис

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

Науковий керівник:

Офіційні опоненти:

Провідна установа: | доктор технічних наук, професор

Гевко Богдан Матвійович,

Тернопільський державний технічний університет імені Івана Пулюя,

завідувач кафедри “Технологія машинобудування”,

Заслужений винахідник України.

доктор технічних наук, професор

Карпусь Владислав Євгенович,

Академія внутрішніх військ МВС України,

професор кафедри “Інженерна механіка”;

кандидат технічних наук, доцент

Брощак Іван Іванович,

Тернопільський державний технічний університет імені Івана Пулюя,

доцент кафедри “Менеджмент у виробничій сфері”.

Харківський науково-дослідний інститут технології машинобудування Міністерства мінпромполітики України, м. Харків.

Захист відбудеться “15” березня 2007 р. о 1000 на засіданні спеціалізованої вченої ради К58.052.03 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 “14” лютого 2007 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Данильченко Л.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Однією із 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 підходів до створення і використання високоефективних ресурсоощадних технологій.

Незважаючи на значну кількість наукових праць, які присвячені виробництву гвинтових заготовок, рівень технологічного забезпечення для виготовлення гвинтових і кільцевих гофрованих заготовок в нашій країні та за її межами залишається недостатнім, а науково база для його створення не завжди відповідає сучасним вимогам за матеріало- та енергомісткістю.

Серед зазначених проблем важливе місце посідає дослідження та розроблення прогресивних технологічних процесів формоутворення гвинтових гофрованих заготовок (ГГЗ), які набули широкого застосування у змішувачах, теплообмінниках, машинах для борботації вільних абразивів, подрібнення, зволоження тощо. Підвищені вимоги до конструктивних і технологічних параметрів, якості, надійності та довговічності, розширення функціональних можливостей ГГЗ потребують глибокого аналізу існуючих технологій їх виготовлення та розроблення на цій основі науково обґрунтованих теоретичних та експериментальних напрацювань та їх успішного впровадження у виробництво.

Отже, дослідження, спрямовані на розроблення та практичну реалізацію раціональних технологічних процесів отримання гвинтових і кільцевих гофрованих заготовок є актуальними, доцільними та перспективними з точки зору впровадження конкурентноздатних технологій з високими техніко-економічними показниками.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами і темами.

Робота виконано відповідно до тематики Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя та є частиною загальної тематики “Розробка і дослідження ресурсо- та енергозберігаючих технологій в галузі сільськогосподарського машинобудування (2002-2006 рр.)” (№ державної реєстрації 0102U002299), а також координаційного плану Комітету з питань науки і техніки та Міністерства освіти і науки України з розділів “Машинобудування” (поз. 43) “Високоефективні технологічні процеси в машинобудуванні” на 2002-2006 роки, затвердженого Кабінетом Міністрів України.

Мета і задачі дослідження. Мета роботи – розроблення науково-практичних рекомендацій для проектування технологічних процесів виготовлення гвинтових і кільцевих гофрованих заготовок на основі ресурсоощадних технологій.

Для досягнення мети в роботі поставлено наступні задачі:

- проаналізувати відомі технологічні процеси виготовлення гвинтових і кільцевих гофрованих заготовок і на цій основі розробити теоретичні передумови проектування ресурсоощадних технологій для їх виготовлення з заданим і довільним профілем гофр способом навивання і обкатування;

- вивести загальне рівняння профільної поверхні гвинтової гофрованої заготовки з заданим профілем гофр по внутрішньому діаметру і всій ширині стрічки;

- розробити математичну модель формоутворення ГГЗ заданого профілю ортогональними та неортогональними формоутворюючими інструментами;

- розробити динамічну модель процесу розточування ГГЗ відповідних параметрів з визначенням силових характеристик і режимів різання;

- вивести регресійні залежності для визначення сили різання для чорнового й чистового розточування ГГЗ;

- встановити закономірності впливу конструктивно-технологічних параметрів і властивостей матеріалів та механічних властивостей ГГЗ на параметри точності процесів механічного оброблення при навиванні та обкатуванні;

- спроектувати й виготовити функціонально-здатні зразки технологічного оснащення, формоутворюючих і вимірювальних інструментів для навивання і розточування ГГЗ різного технологічного призначення;

- провести комплекс експериментальних досліджень і виробити практичні рекомендації щодо вибору оптимальних режимів технологічних процесів формоутворення ГГЗ навиванням, обкатуванням, режимів різання при їх розточуванні, раціональних конструктивних параметрів оснащення та різальних інструментів;

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

Об’єкт дослідження – прогресивні технологічні процеси виготовлення гвинтових гофрованих заготовок.

Предмет дослідження – технологічне оснащення процесів формоутворення гвинтових гофрованих заготовок методами навивання та обкатування.

Методи дослідження. Теоретичні дослідження проведено з використанням фундаментальних засад технології машинобудування, інформатики, теорії пружності та пластичного деформування, теоретичної механіки, інженерної творчості, вибору раціональних технічних рішень. Апробація розроблених алгоритмів, програм і методик проводилась методом комп’ютерного моделювання. Результати експериментальних досліджень одержано за допомогою спеціально розробленого оснащення з використанням сучасних засобів та методів вимірювань. Статистичне оброблення експериментальних даних проводилось з використанням прикладних програм для ПЕОМ.

Наукова новизна отриманих результатів.

На основі теоретичних досліджень:

- виведено загальне рівняння профільної поверхні гвинтової гофрованої заготовки з заданим профілем гофр по внутрішньому та зовнішньому діаметрах і всій ширині стрічки;

- вперше розроблено технологічні основи виготовлення ГГЗ з заданим і довільним профілем гофр з визначенням конструкторсько-технологічних параметрів формоутворення та розточування ГГЗ;

- вперше розроблено математичну модель процесу формоутворення ГГЗ ортогональними й неортогональними формоутворюючими інструментами з використанням теорії апроксимації та аналогового представлення типових геометричних елементів;

- розроблено динамічну модель процесу розточування ГГЗ із дослідженням явища резонансу, що може виникати в системі за певних встановлених умов;

- виведено регресійні залежності для визначення сили різання процесів чорнового й чистового розточування ГГЗ залежно від різних факторів.

Практичне значення отриманих результатів:

- розроблено технологічні схеми формоутворення гвинтових і кільцевих гофрованих заготовок з заданим і довільним профілем гофр, а також технологічне оснащення, формоутворюючі та вимірювальні інструменти;

- розроблено технологічний процес формоутворення ГГЗ із заданим профілем гофр ортогональними й неортогональними зубчастими формоутворюючими інструментами на обкатному верстаті 5А725;

- розроблено технологічний процес формоутворення ГГЗ із довільним профілем гофр навиванням на оправу на токарних і затилувальних верстатах;

- спроектовано, виготовлено, випробувано й впроваджено на ВАТ “Ковельсільмаш” пристрій для формоутворення ГГЗ;

- розроблено інженерну методику проектування технологічного спорядження для виготовлення ГГЗ, 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. Технічна новизна розроблень захищена шістьма деклараційними патентами України на винаходи.

Особистий внесок здобувача полягає в тому, що автором безпосередньо розроблено теоретичні [5, , , , ] та технологічні [7, , ] передумови процесів формоутворення ГГЗ і проведено комплекс експериментальних досліджень [12].

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 2002-2006рр.; Міжнародній науково-технічній конференції студентів, аспірантів та молодих вчених “Прогрессивные направления развития машино-приборо-строительных отраслей и транспорта” (Севастополь, 2004); Міжнародній науково-практичній конференції, присвяченій пам’яті П.М. Василенка “Проблеми землеробської механіки” у Харківському національному технічному університеті сільського господарства імені П.М. Василенка (Харків, 2003); у Вінницькому державному аграрному університеті (Вінниця, 2004). Робота доповідалась й отримала позитивний відгук на розширеному засіданні науково-технічного семінару Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя і в Харківському науково-дослідному інституті технології машинобудування Міністерства мінпромполітики України.

Публікації. Результати наукових досліджень викладені у 20 друкованих працях (8 одноосібних), з яких – 13 статей у фахових виданнях, 6 деклараційних патентів на винаходи і 1 теза наукової конференції.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, 5 розділів, загальних висновків, списку використаних літературних джерел і додатків. Загальний обсяг дисертації - 183 сторінки, в тому числі: 101 рисунок, 12 таблиць, список використаних літературних джерел із 141 найменувань та 5 додатків на 11 сторінках. Обсяг основного тексту дисертації – 136 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

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

У першому розділі проведено аналіз та узагальнення відомих наукових напрацювань і проблемних питань технології виготовлення ГГЗ, обґрунтовано доцільність проведення досліджень та перспективність використання деталей машин, одержаних на їх основі.

Дослідженнями технологічних процесів виготовлення гвинтових заготовок займались І.П. Ренне, Є.М. Мошнін, Ю.А. Аверкієв, А.З. Журавльов, А.Е. Церна, Д.Я. Шифрін, М.Є. Зубцов, М.Н. Лисовий, Б.Я. Мазуровський, Є.А. Попов, В.П. Романовський, Н.С. Трішевський, Б.М. Гевко, М.І. Пилипець, Р.М. Рогатинський, Л.М. Данильченко, Д.Л. Радик, C.Ф. Пилипака, В.В. Васильків, О.Л. Ляшук, В.З. Гудь та ін.

На основі проведеного аналізу визначено наукові підходи та напрямки досліджень в якості вихідних для вирішення поставлених в роботі задач.

У другому розділі досліджено функціонально-конструктивні та технологічні особливості виготовлення ГГЗ з заданим і довільним профілем гофр.

З врахуванням (1) отримано рівняння поверхні гвинтової спіралі:

, (2)

де .

Визначено рівняння поверхні гвинтової спіралі:

. (3)

Розглянуто теоретичні передумови формоутворення ГГЗ обкатуванням парами неортогональних зубчастих формоутворюючих інструментів, визначено зусилля Р0, яке необхідне для гнуття стрічкових заготовок. Розглянемо цей випадок, як балку, що згинається навколо робочих ребер зубів в чотирьох точках з радіусом згинання .

Зусилля, яке необхідне для гофрування стрічкової заготовки двома конічними зубчастими колесами Рср, визначено як середнє значення зусиль гнуття на більшому та меншому радіусах з врахуванням сили тертя на переміщення заготовки:

, (4)

де і - відповідно крок зубів на зовнішньому та внутрішньому діаметрах конічних зубчастих коліс, мм; і - відповідно величини прямолінійних ділянок зубів на зовнішньому та внутрішньому діаметрах конічних зубчастих коліс, мм; - товщина стрічки, мм;   відносне видовження матеріалу в початковий момент утворення шийки, мм; - тимчасовий опір розриву, Н/мм; і - відповідно радіуси заокруглення при вершинах зубів на зовнішньому та внутрішньому діаметрах конічних зубчастих коліс, мм; - кут гнуття, що утворюється в результаті переміщення крайньої точки контакту матеріалу із заокругленнями зубів.

На основі отриманих теоретичних залежностей побудовано графіки зміни сил гофроутворення залежно від товщини й ширини стрічки, а також кроку гофр.

В процесі виготовлення різнопрофільних навивних заготовок із складною геометрією, рухи робочих органів технологічного обладнання повинні відповідати заданому технологічному процесу формоутворення, тому необхідно визначити співвідношення між характеристичними параметрами згаданого процесу. Зручним об’єктом для параметризації є формоутворюючий інструмент, рухи якого визначаються органами керування верстату та конструктивними особливостями схеми формоутворення. Закон переходу із будь-якого кінематичного стану верстату у сусідній (рис. 2) в першому наближенні можна завжди характеризувати криволінійним переміщенням точки по дотичній до траекторії еквідистантної кривої, визначеній в околі цієї точки. Тоді вектор переміщення точки дорівнює:

(5)

Взаємозалежні рухи кінематичних ланцюгів отримано із проекцій векторів рівняння (5) на координатні вісі:

;

; (6)

,

де .; ; - кривина координатної лінії оброблюваної поверхні; , - функції кутів нахилу контактної площини формоутворюючого інструменту.

Абсолютну криволінійну траєкторію руху виконавчих органів верстату описано залежністю:

, (7)

де - кількість опорних точок характеристичної лінії контура поверхні.

Теоретичні дослідження процесів формоутворення ГГЗ пов’язані з необхідністю математичного представлення системи взаємодії інструменту з початковою заготовкою. Серед можливих варіантів вирішення цього завдання є використання теорії апроксимації та аналогового представлення за допомогою типових геометричних елементів. Для чого був використаний метод R-функцій, оскільки він дає можливість описувати області у вигляді єдиного аналітичного виразу неперервної функції від неперервного аргументу. Рівняння елементарних опорних підобластей інструменту (рис. 3) мають вигляд:

На основі методу суперпозиції із теорії R-функцій вирази (5) записано в кон’юнктивно-диз’юнктивній формі:

. (9)

Область контура одного гофрованого виступу формоутворюючого інструменту, що бере участь у формоутворенні одного гофра спіралі визначається наявністю симетрії відносно площини ОІYZ:

. (10)

Це дає підстави на основі теорії диз’юнкції подати рівняння гофрованої заготовки, яка при математичному моделюванні процесу обкатування утворюється інструментом:

. (11)

Розроблено динамічну модель розточування внутрішнього діаметра ГГЗ. З достатньою для практичних розрахунків точністю верстат можна зобразити у вигляді тримасової динамічної моделі, де масові елементи характеризують зведені до поступального руху маси основних вузлів верстата – станини, супорта та різцетримача, а відповідні елементи пружності моделюють жорсткості з’єднання станини з супортом та супорта з різцетримачем. На різець діє зовнішня змушуюча сила . Таку динамічну модель описано системою із трьох диференціальних рівнянь:

(12)

де , і - відповідно зведені маси станини, супорта та різцетримача.

В процесі розточування процес прикладання ударного навантаження доцільно вважати таким, що складається із чотирьох етапів: 1 - наростання сили за рахунок пружної деформації пластини; 2 - постійність сили різання у процесі зрізання матеріалу; 3 - спадання сили різання при виході різця із зони різання; відсутність сили різання при вільному переміщенні різця до наступної хвилі гофра шнека.

Для зручності обчислень та інтегрування силу різання на інтервалі у вигляді півхвилі синусоїди на інтервалі записано у вигляді:

(13)

де - амплітуда сили різання, Н; - циклічна частота апроксимованої півхвилі синусоїди сили удару, с-1; - час імпульсної дії, с.

З метою знаходження спектру вимушених коливань зусилля різання розкладемо на інтервалі у нескінчений ряд періодичних функцій за методом Фур’є. Визначено коефіцієнти розкладу у ряд Фур’є після інтегрування:

(14) | Аналіз залежностей (14) показує, що під час розкладу у ряд Фур’є чітко виділяється гармонійна складова з частотою , яка може призвести до резонансу в системі на кожній з цих частот. Тому необхідно забезпечити таку швидкість розточування, щоб перша частота вимушених коливань перевищувала основні частоти резонансу у верстатній системі.

Період основної змушуючої частоти (при ) дорівнює:

, (15)

де - швидкість різання, м/хв; - кількість гофрів шнека на діаметрі; - внутрішній радіус шнека, мм.

В середовищі MAPLE 9 розроблено прикладну програму, за допомогою якої досліджено коливання системи станина-супорт-різцетримач при розточуванні ГГЗ з заданими параметрами.

Розроблено також класифікацію ГГЗ за конструктивними та технологічними ознаками.

У третьому розділі наведено конструкції пристроїв для навивання ГГЗ із довільним і заданим профілем гофр. Викладено програму та методику експериментальних досліджень формоутворення й розточування ГГЗ. Навивання заготовок здійснювали на токарному верстаті 16К20, частоту обертання шпинделя встановлювали в межах  с-1. Згинальні моменти визначали за зусиллями, які вимірювали динамометрами ДОС-05 або ДОС-20. Корпус динамометра встановлювали на направляючі супорта, що переміщується з робочою подачею відповідно до товщини стрічки, яку навивають. Момент навивання стрічки на оправу заміряли методом тензометрування і за допомогою динамометра. Давачі наклеювали на видовжений привід кінця оправи за мостовою схемою. Запис моментів здійснювали самописним пристроєм Н-388-П за допомогою тензометра Топаз 4-01. Досліджували навивання ГГЗ з стрічкових заготовок із сталі 08кп, Cт 3 і алюмінієвого сплаву товщиною Н=0,5-3 мм, шириною b=10-80 мм.

Методом обкатування ГГЗ виготовляли на універсальному обкатаному верстаті 5А725 парами ортогональних і неортогональних конічних інструментів. Універсальний обкатний верстат 5А725 призначений для налагодження та контролю розміщення плями контакту, заміру бокових зазорів і відносної безшумності конічних і гіпоїдних зубчастих передач як ортогональних, так і неортогональних. Використовуючи можливість верстату встановлювати конічні передачі під різними кутами (рис. 4), проведено комплекс випробувань з формоутворення гофрованих гвинтових і кільцевих заготовок з дослідженням різноманітних параметрів, що дає можливість розширити технологічні можливості цього типу верстатів і підвищити коефіцієнт їх використання. Для проведення експериментальних досліджень спроектовано й виготовлено п’ять пар конічних зубчастих формоутворюючих інструментів з відносними робочими кутами їх встановлення відповідно 35, 60 і 90° (рис. 5а).

Дослідження процесу розточування ГГЗ здійснювали для навитих деталей з параметрами: матеріал – сталь 08 кп, діапазон внутрішніх діаметрів – 80-160 мм; товщина стрічки – 0,5-3 мм. Експерименти проводили на токарно-гвинторізному верстаті моделі 16К20. Зусилля заміряли методом тензометрування. Давачі наклеювали на різець зверху й знизу на початку і посередині різця за півмостовою схемою. За допомогою самописця Н-338-1П та підсилювача Топаз 4-01 проводився запис зусиль проточування. Тарування давачів проводили за допомогою важелів у статичному стані.

В четвертому розділі наведено результати експериментальних досліджень виготовлення гвинтових і кільцевих гофрованих заготовок.

В результаті досліджень встановлено, що у формоутворюючого зубчастого інструменту, встановленого в зоні подачі зі сторони більшого діаметра, повинно бути виконано упорне кільце шириною, більшою двох-трьох товщин заготовки.

У розділі також наведено результати експериментальних досліджень розточування ГГЗ (рис. 9). Глибина різання t призначали залежно від вимог точності розмірів і шорсткості обробленої поверхні. Для виготовлення шнеків 7-9 квалітетів точності з шорсткістю поверхонь Rz=10-20 мкм глибина різання становить t=0,4-1,5 мм. Залежно від товщини краю витка максимальна глибина різання може становити t=2 мм.

Діапазон значень швидкості різання визначали дослідним шляхом. Так, для досягнення шорсткості поверхні Ra=0,125–2,5 мкм і точності за 7-9 квалітетами швидкість різання повинна знаходитись в межах 170-230 м/хв. В результаті проведених експериментальних досліджень отримано графічні залежності сили різання від подачі, швидкості та глибини різання для чорнового й чистового розточування.

За результатами експериментальних досліджень виведено рівняння регресії для визначення сили різання відповідно для чорнового та чистового розточування:

(16)

.(17)

У п’ятому розділі наведено інженерну методику проектування та розрахунку технологічного оснащення для формоутворення ГГЗ із заданим і довільним профілем гофр. Виведено й уточнено аналітичні залежності для визначення конструктивних і технологічних параметрів обладнання та формоутворюючих інструментів.

Наведено техніко-економічне обґрунтування використання запропонованих технологічних процесів формоутворення ГГЗ та методику проектування ГГЗ із визначенням їх конструктивних параметрів і інструментів для формування та контролю ГГЗ.

Виведено рівняння гофрованих спіралей шнеків для інших топологічних варіантів їх виконання.

Запропоновано методику розрахунку технологічного оснащення для формування ГГЗ із довільним профілем на токарно-гвинторізному верстаті моделі 16К20, а також розрахунок для формування ГГЗ із заданим профілем ортогональними та неортогональними зубчастими формоутворюючими інструментами.

Запропоновані способи виготовлення ГГЗ забезпечують розширення технологічних можливостей верстатів токарної групи та обкатних верстатів і підвищують коефіцієнт їх використання. Наведено техніко-економічне обґрунтування доцільності використання ГГЗ.

Запропоновано конструкції контрольних пристроїв (рис.10) для заміру параметрів ГГЗ.

Проаналізовано результати експериментальних досліджень технологічних процесів виготовлення гвинтових і кільцевих гофрованих заготовок, умови їх можливого відпружинення й скручування, розроблено пристрої для навивання ГГЗ із довільним профілем гофр і обкатування ортогональними та неортогональними зубчастими формоутворюючими інструментами на обкатних верстатах моделі 5А725 із заданим профілем гофр.

ВИСНОВКИ

1. У дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової задачі, що полягає в розробленні високопродуктивних технологічних процесів виготовлення гвинтових і кільцевих гофрованих заготовок із заданим і довільним профілем, які широко використовуються для змішування сипких і в’язких матеріалів, збивання в’язких мас в кондитерській промисловості, в теплообмінниках, для борботації вільних абразивів у відповідних ТП та в багатьох інших процесах. Вирішення цієї задачі дозволить покращити технічні та експлуатаційні параметри механізмів з гвинтовими і кільцевими гофрованими робочими органами. На основі проведеного аналізу науково-технічних і патентних джерел встановлено, що існуючі технологічні процеси виготовлення ГГЗ малоефективні, не відповідають сучасним вимогам, що висуваються до їх продуктивності та якості. Вперше на основі ресурсоощадних технологій запропоновано технологічні процеси виготовлення ГГЗ із заданим профілем гофр на обкатних верстатах ортогональними й неортогональними зубчастими формоутворюючими інструментами.

2. Досліджено функціонально-конструктивні та технологічні особливості виготовлення ГГЗ із заданим і довільним профілем гофр з проектуванням відповідного технологічного обладнання та оснащення. Вперше розроблено теоретичні передумови процесу формоутворення ГГЗ із стальної і алюмінієвої смуги товщиною 0,5-3 мм, внутрішнім діаметром 50-100 мм, зовнішнім діаметром 80-250 мм обкатуванням парами ортогональних і неортогональних зубчастих формоутворюючих інструментів.

3. Вперше розроблено математичну модель процесу формоутворення ГГЗ на оправу з обмеженням осьової сили притискування на 30-60% порівняно з плоскими гвинтовими профілями та відносною висотою b'=15-25 і більше. Проведено теоретичне моделювання динамічних процесів розточування внутрішнього діаметра ГГЗ із довільним приляганням сусідніх витків торцевими поверхнями. Розроблено пакет прикладних програм для дослідження коливань системи верстат-супорт-різцетримач в процесі розточування ГГЗ.

4. Виведено рівняння гвинтової гофрованої заготовки з заданим профілем гофр по внутрішньому або зовнішньому діаметрах і всій ширині заготовки. Виведено аналітичні залежності для визначення кількості та розмірів гофр на одному витку заготовки залежно від зовнішнього діаметра, а також відношення величини некатаної зони до товщини заготовки , а також повну ширину заготовки постійної або змінної товщини.

5. Вперше запропоновано класифікацію ГГЗ за технологічними й конструктивними ознаками, способами виготовлення, використанням відповідного обладнання і оснащення, інструментів, технологічних режимів формоутворення тощо. Розроблено конструкції інструментів для заміру одночасно зовнішнього та внутрішнього діаметрів ГГЗ, а також кроку спіралі з точністю 0,1 мм. Сформовано технологічні вимоги до формоутворюючих зубчатих інструментів: точність – 5-8 квалітети, шорсткість Ra=0,2-3,2 мкм.

6. На основі теоретичних і експериментальних досліджень розроблено комплексну методику, яка поєднує визначення основних показників технологічних процесів виготовлення гвинтових і кільцевих гофрованих заготовок та конструктивних параметрів технологічного оснащення за умови зменшення енерговитрат на 20-30шляхом створення набору інструментальних засобів, пакетів прикладних програм, для проектування технологічних процесів виготовлення гвинтових і кільцевих гофрованих заготовок; здійснено раціональний вибір схем, маршрутів, режимів оброблення із встановленням конструкторсько-технологічних параметрів. Застосування запропонованої методики підвищує продуктивність праці на 16-27%.

7. Проведені експериментальні дослідження навивання ГГЗ із довільним профілем гофр на оправу на токарних і затилувальних верстатах відповідно до розробленої програми підтвердили адекватність теоретичних розрахунків дійсним значенням технологічних параметрів. Порівняльний аналіз зусиль і моментів формоутворення, отриманих експериментальним і розрахунковим шляхом із використанням багатофакторного експерименту, показав достатню для практики точність розрахунків, похибка яких становила 18-27при виготовленні ГГЗ з стрічкових заготовок із сталей 0,8 кп і Ст 3 товщиною 0,5-3 мм і шириною до 200 мм, швидкістю навивання 15-36 м/хв.

8. Розроблені та реалізовані технологічні процеси виготовлення ГГЗ із заданим профілем розширюють технологічні можливості токарних, затилувальних і обкатних верстатів і збільшують коефіцієнт їх завантаження. Спроектовано та виготовлено 5 пар ортогональних і неортогональних зубчастих формоутворюючих інструментів із зовнішніми діаметрами 100-350 мм, кількістю зубів 17-28, кутом нахилу зубів 30-60°, які забезпечують виготовлення ГГЗ із кутом нахилу стрічки до осі спіралі 30-60°, для калібрування – 90°. Проведено дослідження впливу параметрів інструментів на конструктивні параметри ГГЗ. Швидкість навивання становила 10-20 м/с.

9. Спроектовано технологічне оснащення, формоутворюючі та вимірювальні інструменти для виготовлення ГГЗ із довільним і заданим профілем гофр, яке відпрацювано на технологічність за критерієм мінімізації енерговитрат і матеріаломісткості, концентрації операцій. Його можна використовувати для створення нових технологічних процесів виготовлення ГГЗ із довільним або заданим профілем гофр.

10. На основі комплексу проведених теоретичних і експериментальних досліджень створено конкурентноздатні технологічні процеси виготовлення гвинтових і кільцевих гофрованих заготовок із заданим профілем гофр обкатуванням парами зубчатих ортогональних і неортогональних формоутворюючих інструментів, з довільним профілем гофр навиванням на оправу з обмеженням осьового зусилля притискання, а також технологічне оснащення, формоутворюючі та вимірювальні інструменти, що забезпечило підвищення якості продукції й зростання продуктивності праці на 20-35%. Технічна новизна розроблених пристроїв захищена шістьма деклараційними патентами України на винаходи. Результати досліджень впроваджено на ВАТ “Ковельсільмаш” з річним економічним ефектом 5430 грн та в навчальний процес.

СПИСОК ОСНОВНИХ ПРАЦЬ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Драган А.П. Технологічне забезпечення виготовлення і відновлення гвинтових гофрованих заготовок // Вісник Харківського державного технічного університету сільського господарства “Механізація сільськогосподарського виробництва”. - Випуск 21. –Харків: ХДТУСГ, 2003. - С.408-412.

2. Драган А.П. Виготовлення гвинтових гофрованих заготовок на універсальному контрольно-обкатному верстаті 5А725 // Збірник наукових праць “Процеси механічної обробки в машинобудуванні”. – Житомир: Ред. -вид. відділ ЖДТУ, 2006. – Вип.4. – С.63-69.

3. Драган А.П. Технологічні особливості виготовлення гофрованих спіралей шнеків//Наукові нотатки.–Луцьк: Ред-вид. відділ ЛДТУ, 2002.-Вип.11.-С.144-149.

4. Драган А.П. Функціонально-конструктивні та технологічні особливості виготовлення гофрованих гвинтових поверхонь // Наукові нотатки. – Луцьк: Ред. -вид. відділ ЛДТУ, 2004.- Вип. 14.-С.65-71.

5. Гевко Б.М., Драган А.П. До питання використання методу r-функцій для математичного моделювання процесу формоутворення гофрованих гвинтових профілів //Вісник Тернопільського державного технічного університету. – Т.9, № . – Тернопіль: ТДТУ, 2004. – С.60-66.

6. Васильків В.В., Пилипець М.І., Драган А.П. До питання розроблення математичної моделі формоутворення навивних заготовок деталей машин // Автоматизація виробничих процесів у машинобудуванні та приладобудуванні. Український міжвідомчий науково-технічний збірник.– Львів: Видавництво НУ “Львівська політехніка”, 2004. – Вип. 38.-С.63-68.

7. Драган А.П., Дячун А.Є. Обгрунтування конструктивних параметрів формоутворюючих інструментів для гофрованих заготовок // Вісник Донбаської державної машинобудівної академії. - Вип. 16. – Краматорськ: ДДМА, 2004. - С.97-102.

8. Гурик О.Я., Драган А.П. Технологічні основи формоутворення гофрованих гвинтових заготовок / Сільськогосподарські машини. – Луцьк: Ред. -вид. відділ ЛДТУ, 2004.- Вип. 12.-С.43-49.

9. Гевко Б.М., Драган А.П. Математичне моделювання процесу розточування гвинтових гофрованих заготовок // Науковий вісник Національного аграрного університету. – Київ: Ред. -вид. відділ НАУ, 2005. – Вип. 92, Ч.2. – С.39-46.

10. Данильченко Л.М., Гевко І.Б. Драган А.П. Дослідження напружено-деформованого стану в процесі формоутворення гнутих заготовок для гвинтових профілів // Наукові нотатки. – Луцьк: Ред. -вид. відділ ЛДТУ, 2002.- Вип. 10.-С.49-58.

11. Гурик О.Я., Драган А.П. До питання моделювання геометрії робочих органів гвинтових змішувачів // Вісник Тернопільського державного технічного університету. – Т.7, № . – Тернопіль: ТДТУ, 2002. – С.73-78.

12. Драган А.П., Дячун А.Є. Результати експериментальних досліджень формоутворення гвинтових гофрованих заготовок // Вісник Тернопільського державного технічного університету. – Т.11, № . – Тернопіль: ТДТУ, 2006. – С.86-92.

13. Радик Д.Л., Васильків В.В., Драган А.П., Лясота О.М. До питання аналізу технологічних процесів виробництва різнопрофільних гвинтових заготовок деталей машин // Наукові нотатки. – Луцьк: Ред. -вид. відділ ЛДТУ, 2005.- Вип. 16.-С.210-219.

14. Драган А.П. Технологічне оснащення для виготовлення гвинтових гофрованих заготовок / Міжнародна науково-технічна конференції студентів, аспірантів і молодих вчених. – Севастополь, 2004. Том 1. - С. 27-29.

15. Патент №65124А Україна МВК B21D11/06. Пристрій для виготовлення гофрованих гвинтових заготовок / Драган А.П. -№2003065190; Заявл. 05.06.2003; Опубл.15.03.2004; Бюл. №3. –3с.

16. Патент №5430 Україна МВК В21D11/06. Пристрій для виготовлення гофрованих гвинтових заготовок / Драган А.П. -№20040604141; Заявл. 01.06.2004; Опубл.15.03.2005; Бюл. №3. –3с.

17. Патент №51442А Україна МВК G01В3/20 Штангеншнекомір / Гевко І.Б., Гупка Б.В., Драган А.П, Лясота О.М. -№2002042595; Заявл. 02.04.2002; Опубл. 15.11.2002; Бюл. №11. –2с.

18. Патент №6431 Україна МВК В21D11/06. Спосіб виготовлення гофрованих гвинтових заготовок / Драган А.П. -№20040604141; Заявл. 01.06.2004; Опубл.15.03.2005; Бюл. №3. –3с.

19. Патент №7813 Україна МВК В21D11/06. Верстат для виготовлення гвинтових гофрованих заготовок / Гевко Б.М., Дячун А.Є., Драган А.П. -№20040604141; Заявл. 18.11.2004; Опубл.15.07.2005; Бюл. №3. –3с.

20. Патент №7811 Україна МВК В21D11/06. Інструмент для визначення параметрів гвинтових гофрованих заготовок / Гевко І.Б., Геник І.С., Гудь В.З, Драган А.П. -№20040604141; Заявл. 18.11.2004; Опубл.15.07.2005; Бюл. №3. –3с.

АНОТАЦІЯ

Драган А.П. Теоретичні передумови технологічного процесу виготовлення гвинтових гофрованих заготовок. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.08 – технологія машинобудування. – Тернопільський державний технічний університет імені Івана Пулюя. - Тернопіль, 2007.

Робота присвячена підвищенню продуктивності праці та якості виготовлення ГГЗ. В дисертаційній роботі викладено теоретичні та експериментальні дослідження технологічного процесу виготовлення ГГЗ із заданими і довільними параметрами гофр методом навивання на оправу й обкатуванням на обкатних верстатах ортогональними та неортогональними парами зубчастих формоутворюючих інструментів на основі ресурсоощадних технологій. Виведено рівняння гвинтової гофрованої заготовки із заданим профілем гофр по внутрішньому або зовнішньому діаметрах і всій ширині заготовки.

Запропоновано математичну модель процесу формоутворення та динамічну модель розточування внутрішнього отвору ГГЗ. Розроблено теоретичні передумови обкатування ГГЗ конічними формоутворюючими інструментами.

На основі теоретичних і експериментальних досліджень розроблено інженерну методику проектування ТП виготовлення гвинтових і кільцевих гофрованих заготовок і конструктивних параметрів технологічного оснащення, формоутворюючих та вимірювальних інструментів, що забезпечило розширення технологічних можливостей токарних, затилувальних і обкатних верстатів, збільшення коефіцієнтів їх використання.

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

АННОТАЦИЯ

Драган А.П. Теоретические предпосылки технологического процесса изготовления винтовых гофрированных заготовок. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.08 – технология машиностроения. – Тернопольский государственный технический университет имени Ивана Пулюя. - Тернополь, 2007.

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

В работе проведен анализ литературных источников и патентов, касающихся технологии изготовления винтовых гофрированных заготовок, методов расчета и проектирования.

Разработана математическая модель формообразования гофрированных винтовых заготовок ортогональными и неортогональными зубчатыми формообразовательными инструментами. Разработано динамическую модель процесса растачивания винтовых гофрированных заготовок соответствующих параметров с определением силовых характеристик и режимов резания. Предложена методика проектирования винтовых гофрированных заготовок с гофрами по внутреннему и наружному диаметрах и всей ширине заготовки, выведены соответствующие уравнения.

Изложены программа, методика и результаты экспериментальных исследований, целью которых была проверка достоверности и определение степени точности полученных теоретических зависимостей для определения рациональных параметров технологических процессов, формообразовательных и измерительных инструментов.

Спроектирована и изготовлена технологическая оснастка, пять пар ортогональных и неортогональных зубчатых формообразовательных инструментов, приспособление для навивки винтовых гофрированных заготовок с произвольным профилем гофр из полосы шириной 50-150 мм, толщиной 0,5-3 мм, материалов стали 08 кп и Ст 03, алюминиевых и медных сплавов. Проведен полнофакторный эксперимент растачивания внутреннего диаметра винтовых гофрированных заготовок, который дал возможность установить взаимосвязь силовых параметров и режимов резания.

Разработана инженерная методика проектирования технологических процессов изготовления винтовых гофрированных заготовок с заданным и произвольным профилем гофр на токарных и обкатных станках. Предложенные технические решения защищены 6 декларационными патентами Украины.

Ключевые слова: винтовая гофрированная заготовка, технологический процесс, формообразование, обкатывание, оправка.

ANNOTATION

Dragan A.P. Theoretical preconditions of technological process of manufacturing the screw crimped billets. – Manuscript.

Dissertation for the Candidate of Science degree (Engineering) in speciality 05.02.08 – Technology of Mechanical Engineering. Ternopil Ivan Pul’uj State Technical University. – Ternopil, 2007.

The dissertation is devoted to the increasing of labour efficiency and quality of manufacturing the SCB. The theoretical and experimental investigations of technological manufacturing the SCB with the given and arbitrary parameters using the crimp method of coil-processing on the mount and running-in on reeling tools with the help of orthogonal and unorthogonal pairs of indented shape-generating instruments on the basis of resource-saving technologies are substantiated. The equation of screw crimped billet with the given crimp structural stocks through internal and external diameters as well as through the all billet width is developed.

The mathematical model of shape-generating process and the dynamic model of cutting the internal hole of SCB is proposed. The theoretical preconditions of SCB running-in by means of conical shape-generating instruments are developed.

The engineering technique of designing TP manufacturing the screw and ring crimp billets and the structural parameters of process equipment, shape-generating and measuring instruments is developed on the basis of theoretical and experimental investigations. It allows to widen the manufacturing capability of lathes and reeling tools, and to increase their operating factors.

Key words: screw crimped billet, technological process, shape-generating, coil-processing, running-in, mount.