ТЕРНОПІЛЬСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМЕНІ ІВАНА ПУЛЮЯ

ЛЯСОТА ОКСАНА МИХАЙЛІВНА

УДК 621.01:681.31

ТЕХНОЛОГІЧНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ВИРОБНИЦТВА ШИРОКОСМУГОВИХ ПРОФІЛЬНИХ ГВИНТОВИХ ЗАГОТОВОК

05.02.08 – технологія машинобудування

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Тернопіль – 2008

Дисертацією є рукопис

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

Науковий керівник:

доктор технічних наук, професор, академік ІАУ

Гевко Богдан Матвійович,

Тернопільський державний технічний університет імені Івана Пулюя,

завідувач кафедри “Технології машинобудування”,

Заслужений винахідник України.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор

Петрина Юрій Дмитрович,

Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, завідувач кафедри “Технологія нафтогазового машинобудування”;

доктор технічних наук, професор

Марчук Віктор Іванович,

Луцький державний технічний університет,

завідувач кафедри “Приладобудування”.

Захист відбудеться 8 лютого 2008 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 8 січня 2008 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

к.т.н., доц. Данильченко Л.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Для сучасного вітчизняного та зарубіжного машинобудування характерним є розширення номенклатури деталей машин різних класів, в тому числі гвинтових. Підтвердженням цього є помітна тенденція до зростання обсягу та номенклатури таких деталей у харчовій та переробній промисловості, сільськогосподарських машинах тощо. Зазначені деталі виготовляють з гвинтових заготовок (ГЗ), які зазвичай мають складну геометричну форму, а тому, формоутворення їх є складним і працемістким. Незважаючи на значну кількість наукових праць, присвячених виробництву ГЗ, рівень технологічного забезпечення їх виробництва і, особливо, широкосмугових профільних ГЗ (ШПГЗ), 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 розробленні ресурсоощадних технологічних процесів (ТП) виготовлення ШПГЗ з використанням математичного та комп’ютерного моделювання та інших сучасних методів наукових досліджень є актуальним, доцільним та перспективним для машинобудівної галузі України та інших держав.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження проводилися згідно координаційних планів Державної науково-технічної програми Міністерства освіти та науки України за напрямками “Виробництво машин та технологічного обладнання для сільськогосподарської, харчової та переробної промисловостей”, “Високоефективні ТП в машинобудуванні” на 2002-2006 рр., а також згідно тематики таких дослідницьких робіт ТДТУ імені Івана Пулюя: “Розробка та дослідження технологій формоутворення профільних гвинтових елементів технічного обладнання” (номер державної реєстрації 0104U000640), “Автоматизоване проектування технологічних інновацій на основі розробки та використання методів уніфікаційного синтезу” (номер державної реєстрації 0107U000541), “Система автоматизованого уніфікаційного синтезу високоефективних технологічних інновацій“ (грант ДФФД, номер державної реєстрації 0107U009227). Роль автора у виконанні цих науково-дослідних робіт полягає в розробленні теоретичних та технологічних основ процесів формоутворення ШПГЗ, обґрунтуванні їх конструкторсько-технологічних параметрів, розробленні оснащення для їх виготовлення.

Метою роботи є розроблення науково-практичних рекомендацій для проектування технологічних процесів виготовлення широкосмугових профільних гвинтових заготовок на основі ресурсоощадних технологій.

Для досягнення мети були поставлені наступні задачі дослідження: – 

провести патентний огляд і з позиції системного підходу проаналізувати технологічні процеси виготовлення ШПГЗ, і на цій основі розробити теоретичні передумови проектування ресурсоощадних технологій для їх виробництва;– 

розробити математичну модель ТП виготовлення ШПГЗ для визначення технологічних і енергосилових параметрів процесу формоутворення таких заготовок;– 

розробити теоретичні передумови автоматизованого проектування технологічного процесу виготовлення профільних гвинтів робочих органів і проектування технологічного спорядження для його реалізації;– 

спроектувати та виготовити зразки технологічного оснащення, формоутворювальних і вимірювальних інструментів для виготовлення ШПГЗ різного технологічного призначення;– 

провести комплекс експериментальних досліджень і виробити практичні рекомендації щодо вибору оптимальних режимів ТП формоутворення ШПГЗ, раціональних конструктивних параметрів оснащення та формоутворювальних інструментів; 

вивести регресійні залежності для визначення сили навивання ШПГЗ залежно від діаметра оправи, товщини та ширини заготовки для різних матеріалів;– 

розробити інженерну методику проектування ТП формоутворення ШПГЗ, технологічного оснащення для їх виготовлення та вимірювальних інструментів з впровадженням у виробництво результатів досліджень.

Об’єкт дослідження – прогресивні технологічні процеси виготовлення ШПГЗ.

Предмет дослідження – широкосмугові профільні ГЗ, технологічне оснащення для їх формоутворення.

Методи дослідження. У теоретичних дослідженнях використано фундаментальні засади технології машинобудування та теорії різання, інформатики, теорії пружності та пластичного деформування, теоретичної механіки, теорії розрахунків економічної ефективності технічних рішень. За математичну основу досліджень взято розділи класичної та комп’ютерної математики: математичний аналіз і дискретна математика, векторне числення, алгебра логіки та операції над множинами, методи візуально-орієнтованого програмування. Апробація технічних можливостей розроблених алгоритмів, програм і методик проведено методом комп’ютерного моделювання. Результати експериментальних досліджень одержані з використанням спеціально розробленого устаткування та спорядження, а також відомих сучасних засобів і методів вимірювань. Статистичне оброблення експериментальних даних проведено з використанням прикладних програм для ПЕОМ.

Наукова новизна отриманих результатів. На основі теоретичних досліджень:– 

вдосконалено класифікацію ШПГЗ, на основі чого вперше розроблено математичну модель структурного опису таких заготовок;– 

вперше виведено аналітичні залежності для моделювання нових типів ШПГЗ з рівновісним контуром;– 

вперше одержано аналітичні залежності для розрахунку енергосилових параметрів технологічного процесу формоутворення широкосмугових профільних гвинтових заготовок;– 

уточнено функціональні залежності, що виявляють зв’язки між енергосиловими параметрами виготовлення та необхідними конструктивними параметрами технологічного спорядження;– 

вперше виведено регресійні залежності для визначення сили навивання ШПГЗ залежно від діаметра оправи, товщини та ширини заготовки для різних матеріалів.

Практичне значення одержаних результатів:– 

розроблено технологічні процеси формоутворення ШПГЗ різної складності та номенклатури з початкових профільних смугових заготовок із комплектами конструкторської документації для їх реалізації; технічну новизну розроблень підтверджено 4 деклараційними патентами України на винаходи; 

розроблено методику розрахунку геометричних характеристик ШПГЗ, режимів їх формоутворення та параметрів конструкцій технологічного спорядження; 

створено алгоритмічно-програмне забезпечення для автоматизованого проектування технологічних процесів виготовлення ШПГЗ, у середовищі програмного продукту Т-FLEX CAD 3D, яке передбачає методику кодування ШПГЗ, розроблення технологічних маршрутів, проектування заготовок, розрахунок режимів їх формоутворення та проектування технологічного спорядження для їх виробництва;– 

розроблено ТП виготовлення ШПГЗ з початкових профільних смугових заготовок, які застосовано у виробництві шнекових робочих органів (бітерів) розкидачів добрив на підприємстві ВАТ “Ковельсільмаш” (м. Ковель). Створене алгоритмічно-програмне забезпечення передано у ВАТ “ТеКЗ” і ВАТ “Ковельсільмаш”.

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

Особистий внесок здобувача. Основні теоретичні та експериментальні дослідження за темою дисертаційної роботи виконано автором самостійно. В працях у співавторстві здобувачем розроблено класифікації гвинтових профілів [5, 6, 9], теоретичні [1, 2, 3, 5, 7] та технологічні [4, 8, 14] передумови процесів формоутворення ШПГЗ, проведено комплекс експериментальних досліджень і запропоновано конструкції оснащення для формоутворення [11, 19, 20, 21] та вимірювання ШПГЗ [12, 17, 18]. 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 (Тернопіль, 2000, 2002 – 2007), у Луцькому державному технічному університеті (Луцьк 2005 – 2006), Міжнародній науково-технічній конференції студентів, аспірантів і молодих вчених “Прогрессивные направления развития машино-приборостроительных отраслей и транспорта” (Севастополь, 2004), Міжнародних науково – практичних конференціях “Проблеми технічного сервісу сільськогосподарської техніки” (Харків, 2003, 2005-2006), 8-му міжнародному симпозіумі українських інженерів - механіків у Львові (Львів, 2007), 7-ій Всеукраїнській молодіжній науково-технічній конференції “Машинобудування України очима молодих: прогресивні ідеї - наука-виробництво” (Одеса, 2007). В повному обсязі робота доповідалась й отримала позитивні відгуки на науково-технічному семінарі ТДТУ імені Івана Пулюя.

Публікації. Результати наукових досліджень викладено у 21 друкованій праці, з яких - 9 статей у фахових виданнях, 8 - у матеріалах і тезах наукових, науково-технічних і науково-практичних конференцій та 4 деклараційних патентах України.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, 5 розділів, загальних висновків, списку використаних літературних джерел і додатків. Повний обсяг дисертації – 223 сторінок, в тому числі 63 рисунків, 12 таблиць, списку використаних літературних джерел із 146 найменувань та додатків на 67 сторінках. Обсяг основного тексту дисертації – 150 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність проблеми розширення технологічних можливостей виробництва ШПГЗ деталей машин та розроблення 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 проведено аналіз та узагальнення відомих наукових напрацювань і проблемних питань технології виготовлення ШПГЗ, обґрунтовано доцільність проведення досліджень та перспективність використання деталей, одержаних на їх основі.

Дослідженнями технологічних процесів виготовлення гвинтових заготовок займались А.З. Журавльов, В.А. Єгоров, А.Е. Церна, С.Е. Рокотян, В.Е. Гурвіч, І.Я. Шифрін, В.П. Верніков, Б.М. Гевко, Р.М. Рогатинський, М.І. Пилипець, С.Ф. Пилипака, Д.Л. Радик, В.В. Васильків та ін.

Відзначено, що питання проектування технологічного спорядження для виготовлення різнопрофільних гвинтових заготовок розглянуто у працях Б.М. Гевка, М.І. Пилипця. Автоматизованому проектуванню та моделюванню ТП присвячені праці Ю.В. Петракова, Ю.Д. Петрина, В.І. Марчука, Р.Д. Іцковича-Лотоцького. Теорію автоматизованого уніфікаційного синтезу ТП розглянуто в працях В.В. Васильківа. На основі проведеного аналізу визначено наукові підходи та напрямки досліджень в якості вихідних для вирішення поставлених в роботі задач.

У другому розділі на основі врахування та узагальнення існуючих класифікацій, результатів пошукових досліджень, а також завдяки використанню системного підходу згідно методу автоматизованого синтезу технологічних інновацій на основі групового оброблення технічних рішень запропоновано новий підхід до вирішення проблеми класифікації ГЗ. Загалом виділено такі групи дерева системної ідентифікації конструктивних особливостей виконання ГЗ:

1.  Конструктивне виконання профілів поперечного перерізу витка площиною, перпендикулярною до поздовжньої осі OZ ГЗ. 2. Особливості виконання контурних кривих проекцій зовнішніх і внутрішніх країв на площину XOY, перпендикулярну до поздовжньої осі OZ. 3. Варіанти конструктивного виконання за формою огинаючих кривих до сліду перетину ГЗ площиною, що проходить через поздовжню вісь OZ.

4. Особливості виконання поверхонь витків (форми розгортки поздовжнього перерізу витка, спеціальні особливості поверхонь витків тощо). а) б)

Рис. 1. Заготовки з рівновісним контуром:

а) розрахункова схема; б) проміжна заготовка

Окреме місце в класифікації займають ШПГЗ, серед яких виділено конструкції гвинтових профілів з рівновісним контуром (РКГП) (рис.1). Узагальнена функція опису геометрії РКГП має вигляд:

(1)

де R=0,5Dpk – середній радіус проекції профілю внутрішнього краю RKГП-N;
е – ексцентриситет профілю; N – кількість граней (кратність) профільної кривої;
ц – кутовий параметр рівновісного контуру (кут утворений нормаллю до
РК-профілю в певній точці та віссю, що проходить через центр профілю та його вершину); r1, r2 – модулі радіус-векторів багатоланника обертання; ф – кутова характеристика профілю (для прямих РКГП ф=0); н - параметр гвинтової лінії РКГП; - орти осей координат; С – параметр кроку гвинтової лінії; і – відповідно ширина та товщина витка РКГП.

Визначено зв’язок полярного кута РКГП та кутового параметру рівновісного контуру:

. (2)

Для випадку, коли , вираз (1) записано:

;

; (3)

z=cv, .

Загалом, РКГП характеризуються такими групами параметрів (індекси H і h – відповідно позначають параметри гвинтової лінії зовнішнього та внутрішнього краю):

а) комплексний параметр: радіус-вектор профілю (сH, сh):

; (4)

б) диференційовані параметри: середні радіуси (RH, Rh); діаметри середніх кіл (DH=2RH, Dh=2Rh); ексцентриситети профілю (eH, eh); кількості граней (NH, Nh); крок кратності (tH=2р/NH, th=2р/Nh); крок гвинтової лінії (Т=2рС); номінальні розміри діаметрів (D, D);

в) довідкові параметри: діаметри вписаних кіл (d, d); діаметри описаних кіл (D, D); діаметри зрізаних кіл (D, D); кутовий параметр (ц); кутовий параметр гвинтової лінії (н).

На основі використання методу уніфікаційного синтезу розроблено багатоваріантну структуру ТП виготовлення ШПГЗ (рис. 2). Основні етапи її реалізації є такими:

1. Вирізування з листового прокату неперервно-секційної заготовки (НСЗ) (рис. ), що містить кільцеві секції 1, з’єднані перемичками 2. Центральний кут кільцевої секції (рис. 4) пов’язаний із шириною смуги залежністю:

, (5)

де LП.З. - ширина початкової заготовки (смуги); Во – ширина секції НСЗ; ro – радіус внутрішнього краю секції НСЗ; м - центральний кут кільцевої секції; дН i дh- напуски від країв кільцевої секції (величина вибирається залежно від способу одержання НСЗ).

Рис.2. Багатоваріантна структурна схема технологічного процесу виготовлення ШПГЗ

Визначено загальну довжину перемички з геометричного співвідно-шення:

Рис.3. Неперервно–секційна заготовка для гофрування:

1 - кільцеві сектори; 2 - перемички

, (6)

де – радіус розміщення перемички відносно центру кільцевої секції (рис.4).

Рис.4. Розрахункова схема деформування неперервно-секційної

заготовки у процесі її навивання на оправу

Встановлено співвідношення між кутом зігнутої ділянки перемички та кутом гнуття:

. (7)

Визначено відстань Sp між крайніми сусідніми точками внутрішнього краю кільцевих секцій:

. (8)

2. Гофрування або навивання на оправу НСЗ здійснювали так, щоб центри сусідніх кільцевих секцій O1 і O2 співпадали у точці O3 або лежали на одній осі OZ, перпендикулярній до поверхні кільцевих секцій. Точка O3 є центром плоского витка широкосмугової гвинтової заготовки, а вісь OZ, є поздовжньою віссю отриманої заготовки.

3. Калібрування заготовок на крок до утворення витків із необхідними геометричними параметрами (рис. 5).

Рис. 5. Спіраль ШПГЗ після калібрування на крок: 1 – гофри;

Ri, ri – локальні радіальні параметри профільних твірних країв ГЗ

Досліджено енергосилові параметри процесу навивання НСЗ. На основі аналітичного врахування фрикційного впливу підтискних елементів конструкцій технологічного спорядження виведено теоретичні залежності для їх розрахунку.

Момент навивання, який необхідно прикласти до оправи:

M=Mb+Md=Mb+MВТ+Mт (9)

де Mb – момент, необхідний для згинання стрічки; Md – момент, який витрачається на утримування підтискної втулки, визначається моментами тертя втулки з стрічкою та оправою; MВТ – момент тертя втулки інструменту з оправою; Mт – момент тертя поверхонь заготовки з підтискною втулкою.

Для визначення моменту тертя втулки інструменту з оправою за умови нерівномірності розподілу навантаження використано залежність:

, (10)

де fВТ - коефіцієнт тертя втулки з оправою; - зусилля радіального підтиску втулки до оправи; r – радіус оправи, який дорівнює радіусу rо.

Визначено моменти тертя для не спрацьованої притискної втулки:

; (11)

та нерівномірності розподілу навантаження на гвинтову поверхню:

. (12)

Важливу практичну цінність у дослідженні енергосилових параметрів має величина співвідношення моментів Mm(1)/Mm(2), оскільки силова функція не може бути точно прогнозована внаслідок нерівномірності розподілу навантаження на ГП, а отже, і варіативності зведених силових факторів у спряженні.

Проведені розрахунки показали, що Mm(1)/Mm(2) несуттєво залежить від кроку T і радіусу оправи r, у той час, як відносно величини співвідношення моментів коливається від 1,001 для вузьких зон контакту та до 1,050 для зони контакту, співрозмірної радіусу оправи.

Проведено теоретичні дослідження конструктивних параметрів формоутворювальних інструментів (ФІ) гвинтових профілів, визначено силові фактори у спряженнях інструментів з віссю. В дисертаційній роботі виведено залежності для розрахунку силових факторів з різними схемами формоутворення. Так, для схеми пристрою з перпендикулярним розміщенням осей ролика та оправи (рис. 6), сила і момент біля краю спряження є такими:

;

. (13)

Встановлено зв’язок параметрів інструментів і параметрів ТП формоутворення ШПГЗ. На основі аналізу одержаних значень вироблено наступні висновки та рекомендації: збільшення величини допустимого кута перекосу в умовному інтервалі сприяє зростанню значення довжини L ступиці ролика відносно початкового значення до 47%. Для ФІ з паралельним розміщенням осей ролика та оправи на розміри спряження впливають точність спряження, зусилля згинання та довжина калібрувальної частини (рис.7).

Рис. 6. Розрахункова схема для визначення силових факторів у спряженнях ролика для схеми перпендикулярного розміщення осей ролика та оправи

Рис. 7. Залежність довжини L ступиці ролика ФІ від величини його калібруючої частини: 1 - =800Н, 26H7/g6;

2 - =1400Н, 26H7/g6; 3-=800Н, 26H7/f7; 4-=1400Н, 26 H7/f7

Значення величини L зростає до 6% із зростанням значення величини калібрувальної частини для різних зусиль згинання стрічки, до 15% із збільшенням сили згинання та до 20% із зменшенням точності спряження.

Дослідженнями коефіцієнту осьового підтиску не виявлено функційної зміни характеристик, що забезпечують одержання максимального значення довжини ступиці (рис. 8, а). Тому для оцінювання інтервалу можливих змін діапазону довжин спряження уведено поняття коефіцієнту розхилу екстремальних значень . Дослідження показали зростання із зменшенням діаметру та відповідних полів допусків спряження (рис. 8, б).

Рис. 8. Залежність граничного значення коефіцієнту від параметрів спряження (а) і коефіцієнту відносно різних квалітетів точності та полів допусків відповідних діаметрів спряжень (б)

Із аналізу залежностей розрахункових параметрів спряження від суми граничного допустимого зношення спряження та полів допусків посадки виявлено тенденцію зміни загального зазору в спряженні в діапазоні відносно деякого початкового значення до величини подвоєного значення, при цьому довжина ступиці ролика збільшується пропорційно діаметру спряження, для діаметрів до 35 мм - до 50 %.

У третьому розділі на основі розробленої програми та методики досліджень перевірено та підтверджено основні теоретичні викладки, отримано додаткові відомості про особливості запропонованих ТП. Згідно з програмою досліджень: – 

спроектовано, виготовлено та випробувано технологічне спорядження для виготовлення широкосмугових навивних і широкосмугових гофрованих ГЗ з початкових листових заготовок, виготовлено технологічне устаткування для його дослідження;– 

розроблено програмне забезпечення для проектування ТП виготовлення ШПГЗ; 

експериментально досліджено: функційні зв’язки між геометричними параметрами ШПГЗ та початковими листовими та стрічковими заготовками; зусилля калібрування на крок проміжних спіралеподібних заготовок; зусилля формоутворення ШПГЗ з початкових стрічкових заготовок; 

на основі комп’ютерного моделювання, результатів експериментальних досліджень та порівняльного аналізу доведено їх адекватність теоретичним викладкам.

Методикою експериментальних досліджень передбачалось проведення статистичних досліджень та вимірювань технологічних, силових і конструктивних параметрів заготовок у лабораторних та виробничих умовах з метою перевірки та забезпечення необхідних показників, їх відповідності аналітичним функціональним залежностям проектування ТП.

Розроблене програмне забезпечення дозволило дослідити процес формоутворення ШПГЗ в широкому діапазоні змін конструктивних параметрів із застосуванням методів теорії подібності, комп’ютерного моделювання, методів математичної статистики та запропонованих у дисертаційній роботі методик визначення технологічних і конструктивних параметрів.

Для виготовлення НСЗ використано прес моделі КД1428, на якому було встановлено спеціально розроблений штамп. Ескіз периметра вирубуваного контуру неперервно-секційної заготовки представлено на рис. 9.

Рис.9. Ескіз периметру вирубуваного контуру

Похибка кута нахилу радіальних площин кругових секцій і довжини хорди вимірюють за допомогою шаблонів і індикаторних пристосувань. Одночасно виміряти ці похибки вказаними методами складно. Тому, було розроблено пристосування, яке забезпечує одночасне вимірювання цих параметрів. Перевагою його є можливість вимірювання деталі без встановлення її на контрольну плиту. Для здійснення операцій контролю необхідно лише, щоб одна із паралельних сторін заготовки була вільною для встановлення на неї контрольного пристрою.

Формоутворення спіралі із виготовленої НСЗ виконано за допомогою пристрою для гофрування (рис 10). Сформовані витки заготовки (рис.11) можуть мати внутрішній радіус r[0;500].

Рис. 10. Пристрій для гофрування ШПГЗ:

1,2,3 - гідроциліндри; 4 - несуча плита; 5,6,7 - пуансони; 8 - центруюча напрямна; 9 - механізм відгинання витків; 10 - гофри; 11 - кільцева секція

Рис. 11. Витки заготовки після формування

Формоутворення навивних ШПГЗ здійснено за допомогою розробленого пристрою (рис. 12) за такими режимами: V=15 – 20 м/хв; M=450-520 Нм; зусилля згинання Р = 50-450 Н.

Рис.12 Пристрій для навивання ШПГЗ 1 – оправа; 2 – формоутворювальний інструмент

Калібрування на крок одержаних проміжних спіралеподібних заготовок виконано за допомогою спеціального пристрою, що встановлювався на токарному верстаті 16К20.

Контроль геометричних параметрів ШПГЗ здійснено штангеншнекоміром або спеціальним пристроєм.

Обґрунтовано конструктивні та технологічні параметри процесу виготовлення ШПГЗ холодним деформуванням.

Описано систематичні похибки формоутворення, величини яких розраховуються за емпіричними залежностями. Випадкові похибки впливають на економічну ефективність технологічних процесів виготовлення ШПГЗ навиванням і не впливають на вибір режимів формоутворення.

Досліджено також стійкість інструментів в процесі профілювання робочих органів гвинтових конвеєрів, їх виготовлення та відновлення.

В четвертому розділі наведено результати експериментальних досліджень. Сплановано повнофакторний експеримент типу ПФЕ 32, за результатами якого одержано рівняння регресії зусилля навивання , що залежить від зміни радіуса оправи та висоти перемички , тобто для різних матеріалів (Ст 3, сталі 08кп, 45).

Рівняння регресії у кодованих величинах для навивання заготовки з сталі 45

; (14)

відповідно у натуральних величинах (координатах) рівняння регресії (14) після перетворення та спрощення виразу приймає остаточний вигляд:

. (15)

Отримані рівняння регресії (14) та регресійна залежність (15) можуть бути використані для визначення зусилля навивання заготовки залежно від зміни радіуса оправи та висоти перемички у таких межах зміни вхідних факторів: 5  (мм); 10 30 (мм) для матеріалу заготовки із сталі 45.

Аналіз виведених залежностей показує, що із досліджуваних факторів суттєвий вплив на параметр оптимізації має радіус оправи, із зменшенням якого зусилля навивання зростає. Зменшення висоти перемички приводить до зменшення зусилля навивання. Таке твердження співпадає з результатами проведених експериментальних дослід-жень, поданих нижче.

Аналіз проведених досліджень (рис.13) впливу параметрів заготовки та радіусу навивання на оправу НСЗ із сталей 08кп, 45, і Ст показав, що зусилля згинання залежить від радіусу згинання та висоти перемички. Секційні заготовки з висотою перемички 30, 20, 10 мм навивали на оправи різного діаметру. Збільшення сили згинання спостерігалось під час навивання на оправи меншого діаметру, а також секційних заготовок з більшою висотою перемички.

Рис. 13. Залежність величини зусилля навивання НСЗ від радіуса оправи і висоти перемички

Аналіз результатів визначення моменту навивання, який досліджувався в процесі формоутворення НСЗ, показав, що момент навивання зростає із зменшенням радіусу оправи та збільшенням висоти перемички (рис. 14).

Рис.14. Залежності величини моменту навивання від: а) радіуса оправи; б) висоти перемички: 1 – Н=3 мм; 2 – Н=5 мм

Виготовлені спіралі шнеків в лабораторних умовах подані на рис. 15.

Рис. 15. Фрагменти гвинтових заготовок:

а) широкосмугових гофрованих, б) широкосмугових навивних

В п’ятому розділі розроблено алгоритмічно-програмне забезпечення для проектування технологічних процесів виготовлення широкосмугових гвинтових заготовок, у якому використані основні принципи концепції Сoncurrent Еngineering (СЕ-проектування).

Основний зміст алгоритму автоматизованого пошукового проектування ТП виготовлення ШПГЗ, побудованого на основі використання результатів проведених досліджень, наведено на рис. 16, а структуру виконання окремих блоків викладено у дисертаційній роботі.

Рис. . Структурна схема проектування ТП виготовлення ШПГЗ

Методику автоматизованого проектування реалізовано у середовищі системи параметричного проектування та креслення T-FLEX CAD 3D. Кожен окремий об’єкт проектування пов’язаний з іншими за допомогою системи призначення геометричних параметрів через змінні. На кресленнях розміщено діалогові вікна, елементи розкрою листового прокату для одержання НСЗ з умови максимізації коефіцієнту використання матеріалу, що дозволяють у зручній формі задавати параметри проектованих об’єктів. При цьому будь-які модифікації одного з об’єктів проектування автоматично відображаються на усіх інших. Зокрема, для проектування ТП виготовлення шнекового робочого органу, у полі його креслення, у діалоговому вікні задають геометричні параметри. Креслення автоматично перебудовується відповідно до заданих параметрів. Аналогічно відображаються зміни на кресленнях ШПГЗ, з якої одержують спіралі робочого органу, НСЗ, а також на кресленнях елементів конструкцій технологічного спорядження, яке використовується для виробництва таких заготовок. У подальшому в діалогових вікнах наступних креслень конструкторської документації вказуються уточнюючі геометричні параметри, які, у випадку геометричної залежності, автоматично приводять до відповідних змін усіх наступних креслень. Передбачено також пошук раціональної схеми. На конструкторській документації розміщено текст керуючої програми, за допомогою якої можна вносити зміни в параметричний опис.

Запропоновано багатоелементну структуру коду гвинтового профілю, що складається з наступних елементів: (1) форма контуру проекції профілю внутрішнього краю твірної витка на площину, перпендикулярну до поздовжньої осі ШПГЗ – (2) форма контуру проекції профілю зовнішнього краю твірної витка на площину, перпендикулярну до осі ГЗ – (3) крок гвинтової лінії – (4) позначення матеріалу – (5) позначення виду покриття – (6) товщина матеріалу поперечного перерізу витка (для випадків профілю постійної товщини) – (7) форма поперечного перерізу витка ГП – (8) форма гофрів ГП розвертки концентричного перерізу (за внутрішнім краєм витка) – (9) форма гофрів ГП розвертки концентричного перерізу за зовнішнім краєм витка – (10) довжина ГП – (11) спосіб зміцнення.

Отримані наукові результати та ефективність розроблених технологічних процесів і конструкцій технологічного спорядження для їх реалізації підтверджено експериментальними дослідженнями. Розроблення пройшли дослідно-промислову апробацію та знайшли застосування на підприємствах ВАТ “ТеКЗ” (м. Тернопіль), ВАТ “Ковельсільмаш” (м. Ковель) та інших приватних підприємствах Тернопільської області. Проведено економічне обґрунтування науково-дослідних розробок, яке показало, що для ставки дисконтування не менше 0,16 впровадження викладених розроблень 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 навчальному процесі на кафедрі “Комп’ютерні технології в машинобудуванні” ТДТУ ім. Івана Пулюя.

ВИСНОВКИ

1. У дисертації наведено теоретичне узагальнення та нове вирішення науково-практичної задачі, що виявляється в розробленні науково-практичних рекомендацій для проектування технологічних процесів виготовлення ШПГЗ на основі ресурсоощадних технологій 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, розроблення й реалізації багатоваріантної структури технологічних процесів виготовлення ШПГЗ різної складності та широкої номенклатури та типорозмірів, що дозволяє розширити технологічні можливості процесу виготовлення ШПГЗ і, в результаті, забезпечує зменшення матеріальних вкладень у виробництво, спрощення адаптації виробництва до можливостей комп’ютерних технологій, розширення номенклатури й діапазону геометричних параметрів ШПГЗ, а також зменшення матеріаломісткості та працемісткості технологічних процесів виготовлення ШПГЗ.

2. Вперше розроблено та реалізовано багатоваріантну структуру технологічних процесів виготовлення навивних та гофрованих гвинтових заготовок різної складності, широкої номенклатури та типорозмірів, які характеризуються мінімальним внутрішнім радіусом витка r[0;500]; відношенням висоти витка до його товщини (питомою висотою) від 5 од., кутом нахилу гвинтової лінії в межах 4 - 85?, коефіцієнтом кроку витка 0,1 - 0,75 од., коефіцієнтом технологічної складності виготовлення 0,1 - 0,65, коефіцієнтом використання матеріалу 75 - 95Рівень технологічності за матеріаломісткісткістю та відносна стійкість профілю ГЗ, порівняно з штампозварними заготовками, складає відповідно 0,25 - 1,0 і 1,0 - 3,8.

3. Вперше математично змодельовано опис нових типів широкосмугових профільних гвинтових заготовок з рівновісним контуром та виведено аналітичні залежності для визначення геометричних параметрів ШПГЗ на основі урахування конструктивно-технологічних факторів їх формоутворення, виражених у функціональних параметрах кривих розкрою, кінематики формоутворення витків і калібрування на крок. Це дало можливість здійснювати керування конструктивними параметрами ШПГЗ, розробити методику їх проектування, а також визначити раціональними режими формоутворення таких заготовок.

4. Вперше на основі запропонованої математичної та створеної комп’ютерної моделі ШПГЗ змодельовано зв’язки між розглянутими технологічними процесами та конструктивно-технологічними характеристиками заготовок, завдяки чому проведено порівняльний аналіз 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.

5. Виведено уточнені залежності для розрахунку енергосилових параметрів виготовлення ШПГЗ, 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 попереднього радіального підтиску величиною не менше 500Н. За результатами експериментальних досліджень зусиль калібрування на крок проміжних спіралеподібних заготовок доведено перспективність використання ШПГЗ для виготовлення пружних елементів з нелінійними характеристиками (максимальне розходження між результатами теоретичних викладок і експериментів не перевищує 21

6. Розроблено метод кодування різнопрофільних гвинтових заготовок, що дозволило усунути фактор суб’єктивності та розширити дослідницькі можливості проектантів під час вдосконалення та пошуку нових технічних рішень, а також синтезувати перспективні технологічні маршрути та конструкції технологічного спорядження для їх реалізації. Технічна новизна технологічного спорядження захищена 4 деклараційними патентами України на винаходи.

7. Удосконалено методику розрахунку технологічного спорядження на основі урахування конструктивно-технологічних показників формоутворення ШПГЗ дозволила конкретизувати значення необхідних параметрів у бік зменшення габаритних розмірів, а також матеріаломісткості конструкцій до 26Визначено, що для технології дискретного навивання інструментом з перпендикулярними осями інструменту та оправи для спряження 40Н7/f7 ролика з віссю та зусилля згинання стрічки =1400 Н, величини загального діаметра , довжини L ролика та діаметра торцевого спряження ролика з опорою відповідно дорівнюють 120 мм, 51,5 мм, 72,6 мм. Для інструментів з паралельним розміщенням осей інструменту та оправи із не більше 800 Н, зусиллями радіального 350 Н та осьового 150 Н підтисків – =196 мм, L = 43,2 мм.

8. Створено алгоритмічно-програмне забезпечення в системі T-FLEX CAD 3D для автоматизованого проектування технологічних процесів виготовлення ШПГЗ, яке передбачає вибір та синтез схем формоутворення та технологічних маршрутів, проектування заготовок, розрахунок режимів їх формоутворення та проектування технологічного спорядження для їх виробництва, що дозволило скоротити терміни проектування близько на 16а працемісткість проектних робіт – на 25Завдяки використанню розрахунково-аналітичних методів здешевлено вартість виготовлення ШПГЗ на 15%. Технічна новизна розробок для виготовлення ШПГЗ захищена чотирма деклараційними патентами України. Результати досліджень впроваджено на ВАТ “Ковельсільмаш” з річним економічним ефектом 11400 грн. та в навчальний процес.

СПИСОК ПРАЦЬ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Пилипець М.І., Васильків В.В., Лясота О.М. До питання теоретичного дослідження енергосилових параметрів процесів формоутворення навивних заготовок // Вісник Харківського державного технічного університету сільського господарства Мінагрополітики України. – Харків: Вид. відділ ХДТУСГ, 2003. – Вип. 20. – С. 370 - 375. Частка здобувача полягає в аналітичному врахуванні фрикційного впливу підтискних елементів конструкцій технологічного спорядження на загальний баланс енергетичних витрат.

2. Васильків В.В., Радик Д.Л., Лясота О.М. Основи проектування гвинтових заготовок конічної форми з початкових плоских листових заготовок // Вісник Тернопільського державного технічного університету. – Тернопіль: ТДТУ імені Івана Пулюя, 2004. – Т. 9. - С. 66 – 72. Здобувачем запропонована схема калібрування заготовок на крок.

3. Васильків В.В., Лясота О.М. Методика автоматизованого проектування гвинтових заготовок деталей машин з початкових плоских криволінійних листових заготовок // Вісник Харківського державного технічного університету сільського господарства. – Харків: Вид. відділ ХДТУСГ, 2004. – Вип. 23. – С. 80 - 83. Здобувачем запропоновано графічний метод проектування заготовок на основі базових тверджень теорії нарисної геометрії.

4. 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. Здобувачем запропоновано характерні ознаки операцій формоутворення заготовок за спеціальними технологіями.

5. Васильків В.В., Радик Д.Л., Лясота О.М. РК-гвинтові профілі та їх особливості // Вісник Харківського державного технічного університету сільського господарства Мінагрополітики України. – Харків: Вид. відділ ХДТУСГ, 2005. – Вип. 42. – С. 149 - 154. Здобувачем запропоновано класифікацію гвинтових профілів з рівновісним контуром і опис їх параметрів.

6. Васильків В.В., Радик Д.Л., Лясота О.М., Кричківський В.Й. Методика кодування гвинтових профілів // Вісник Харківського державного технічного університету сільського господарства Мінагрополітики України. – Харків: Вид. відділ ХДТУСГ, 2005. – Вип. 39. – С. 73 - 79. Здобувачем запропоновано класифікацію гвинтових профілю за особливостями форми розгортки криволінійного перерізу витка, що є еквідістантним до осі заготовки.

7. Радик Д.Л., Васильків В.В., Лясота О.М. До питання розрахунку конструктивних параметрів інструментів для формоутворення гвинтових профілів // Науковий вісник НАУ. – К.: Вид. НАУ, 2005. - № 92. Ч. 2. - C. 270 - 278. Здобувачем запропоновано схеми розміщення формоутворюючих інструментів відносно заготовки.

8. Радик Д.Л., Васильків В.В., Лясота О.М. До питання актуальності дослідження технологічних процесів формоутворення гвинтових заготовок // Вісник Львівського державного аграрного університету. Серія: Агроінженерні дослідження. – Львів: Вид. центр ЛАДУ, 2005. - № 9. – С. 278-283. Здобувачем визначено область застосування гвинтових заготовок.

9. Пилипець М.І., Васильків В.В., Радик Д.Л., Лясота О.М. Класифікація профілів гвинтових заготовок за геометричними формами // Вісник Інженерної академії України. – К: Видавництво МВС України, 2007. – Вип. 1. – С. 88 - 99. Здобувачем запропоновано особливості підсилення міцності витків, форми взаємного розташування елементів гвинтових профілів. Гофрованість профілів витка, напрямки поширення гофрів і їх форми.

10. Лясота О.М. Технологічні процеси виготовлення складно профільних гвинтових заготовок // Матер. Міжнар. наук.-техн. конф. студ., асп. та молодих вчених “Прогрессивные направления развития машино-приборостроительных отраслей и транспорта”. - Том 1. – Севастополь: СевНТУ, 2004. – С. 49 – 50.

11. Васильків В.В., Лясота О.М. Технологічне устаткування для випробувань та досліджень технологічних процесів виготовлення гвинтових заготовок // Матер. 8-ої наук. конф. ТДТУ імені Івана Пулюя. - Тернопіль: ТДТУ імені Івана Пулюя, 2004. – С. 30. Частка здобувача полягає в розробленні спорядження для навивання широкосмугових профільних гвинтових заготовок та проведено експерименти.

12. Гевко І.Б., Лясота О.М. Інструменти для вимірювання конструктивних параметрів шнеків // Матер. 6-ої наук. конф. ТДТУ імені Івана Пулюя. - Тернопіль: ТДТУ імені Івана Пулюя. 2004. – С. 23. Здобувачем запропоновано схему базування деталі при вимірюванні зовнішнього діаметра шнека.

13. Лясота О.М. Вплив параметрів навивання заготовок на мікроструктуру поверхневого шару // Матер. 9-ї наук. конф. ТДТУ імені Івана Пулюя. - Тернопіль: ТДТУ імені Івана Пулюя. - 2005. - С. 146.

14. Лясота О., Радик Д., Васильків В. Способи розкрою листового прокату для виготовлення кулачкових гвинтових заготовок.// Матер. 9-ї наук. конф. ТДТУ імені Івана Пулюя. - Тернопіль: ТДТУ імені Івана Пулюя, 2005. - С. 45. Здобувачем запропоновано способи вирізування контуру плоскої профільної стрічкової заготовки.

15. Лясота О.М. Алгоритм розрахунку розкрою листового прокату для виготовлення складно профільних гвинтових заготовок // Матер. 10-ї наук. конф. ТДТУ імені Івана Пулюя. - Тернопіль: ТДТУ імені Івана Пулюя, 2006. - С. 50.

16. Лясота О.М. Параметризація принципових кінематичних схем формоутворення гвинтових заготовок спеціальних профілів // Матер. 8-ого міжнародного симпозіуму українських інженерів механіків у Львові: тези доп. – Львів: КІНПАТІ ЛТД, 2007 C.103-104.

17. Васильків В.В., Лясота О.М. Нові технологічні процеси виготовлення широкострічкових спіралей шнеків // Матер. 7-ої Всеукраїнської молодіжної науково-технічної конференції “Машинобудування України очима молодих: прогресивні ідеї – наука-виробництво”.- Одеса: НОПУ, 2007 – С. 47-48. Частка здобувача полягає в розроблені штампа для вирізування початкових профільних листових заготовок.

18. Деклараційний патент на винахід №51442А Україна, МКB G01В3/20 Штангеншнекомір / Гевко І.Б., Гупка Б.В., Драган А.П., Лясота О.М.– №2002042595; Заявл. 02.04.02; Опубл.15.11.02; Бюл. № 11. – 8 с.

19. Деклараційний патент на винахід 52272А Україна, МКВ В21D11/06 Контрольний пристрій для заміру конструктивних параметрів шнека / Пилипець М.І, Лясота О.М., Драган А.П., Лещук Р.Я., Гудь В.З .– №2002042593; Заявл. 2.04.2002; Опубл.16.12.2002; Бюл. №.12 - 5с.

20. Деклараційний патент на винахід 51099 А Україна, МКВ В21D11/06 Спосіб формоутворення профільних гвинтових заготовок та верстат для його реалізації / Васильків В.В., Гупка Б.В., Пилипець М.І., Лясота О.М., Гевко І.Б. .– №2002119241; Заявл. 29.12.2001; Опубл. 15.11.2002; Бюл. № 11– 8 с.

21. Деклараційний патент на винахід №43167А, Україна, МКВ F16H33/14. Імпульсна динамічна муфта / Шевчук І.М., Гевко І.Б., Лясота О.М., Комар Р.В. – №2001031848; Заявл. 20.03.2001; Опубл. 15.11.2001; Бюл. № 10.-3 с.

АНОТАЦІЯ

Лясота О.М. Технологічне забезпечення виробництва широкосмугових профільних гвинтових 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, 2008.

Робота присвячена питанням підвищення ефективності формоутворення широкосмугових профільних гвинтових заготовок шляхом розроблення раціональних технологічних процесів і методики автоматизованого проектування оснащення для їх виготовлення. Запропоновано класифікацію гвинтових заготовок. Розроблено математичний опис геометрії РКГП. Розроблено технологічний процес виготовлення широкосмугових профільних гвинтових заготовок з дослідженням енергосилових параметрів. Встановлено аналітичні залежності з визначення параметрів інструментів для формоутворення таких заготовок. Досліджено процес формоутворення широкосмугових профільних гвинтових заготовок.

Отримані результати, які пройшли експериментальну перевірку та промислову апробацію, дали змогу запровадити нові конструкції технологічного устаткування та спорядження, технологічні схеми та методи їх розрахунку, що розширило техніко-експлуатаційні можливості запропонованих ресурсоощадних процесів.

Ключові слова: технологічний процес, формоутворення, широкосмугові профільні гвинтові заготовки, гвинтові профілі з рівновісним контуром (РКГП), навивання, автоматизоване проектування.

АННОТАЦИЯ

Лясота О.М. Технологическое обеспечение производства широкополосных профильных винтовых 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, 2008.

Работа посвящена вопросам