ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ПРОЦЕССА РЕЗЬБОНАРЕЗАНИЯ МЕТЧИКАМИ В ОТВЕРСТИЯХ СВЕРХМАЛЫХ ДИАМЕТРОВ
Аннотация и ключевые слова
Аннотация (русский):
Повышена надежность процесса нарезания резьбы метчиками в отверстиях сверхмалых диаметров. Выполнен расчет основных показателей надежности процесса резьбонарезания. Сравнительный анализ этих показателей, полученных при обычной технологии и с исследованием нового способа лезвийной анодно-механической обработки, находят применение последней.

Ключевые слова:
сверхмалый диаметр, надёжность, резьбонарезание, безотказность, интенсивность отказов
Текст
Текст произведения (PDF): Читать Скачать

Введение

 

В современном машиностроении процесс нарезания резьбы метчиком является сложной технологической операцией. Причинами является заклинивание метчика и его последующая поломка в случае продолжения процесса нарезания [1,2]. Для предотвращения заклинивания используют реверс инструмента с последующим продолжением рабочего хода. Однако, поломка метчиков может происходить и при реверсе, так как при этом величина возникающего крутящего момента может превышать его значения при рабочем ходе [3]. Количество случаев поломки метчиков, возникающих при резьбонарезании, зависит от длины нарезаемой резьбы и доходит на рабочих ходах до 80 %, а при реверсе – до 40% [4]. Данная проблема усугубляется при нарезке резьбы в отверстиях сверхмалых диаметров (≤ М1,4). На современных промышленных предприятиях эту операцию выполняют вручную высококвалифицированные рабочие несмотря на наличие многооперационных металлорежущих станков. Это объясняется пониженной прочностью инструмента, обусловленной малыми размерами рабочей части метчика, затруднением подвода смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС) в зону резания, а также увеличением количества реверсных ходов при обработке одного отверстия. Установлено, что объема стружечных канавок используемого метчика недостаточно для пакетирования образовавшейся стружки при нарезании резьбы сверхмалых диаметров [5]. Это приводит к заклиниванию инструмента и его последующей поломке. Кроме того, при таких размерах метчика сечение среза соизмеримо с радиусом закругления режущих кромок инструмента (R ≈ 0,01мм). В этих условиях осуществляется процесс микрорезания, который разделяется на:

-  процесс непосредственно резания;

- упругопластическое подминание слоя обрабатываемого материала.

Это приводит к увеличению силы и ужесточению условий резания [6]. Процессы наростообразования ведут к увеличению фактического радиуса закругления режущих кромок метчика и интенсификации упругопластической деформации обрабатываемого слоя. Все эти процессы приводят к резкому увеличению момента резания и поломке режущего инструмента. Для её предотвращения необходимо при нарезке резьбы осуществлять реверс инструмента после каждого его рабочего оборота.

 

 

Способы повышения надежности процесса

 

Исследование по изысканию способов увеличения надежности процесса разьбонарезания в отверстиях сверхмалого диаметра показало бесполезность использования для этих целей смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС) и износостойких покрытий, наносимых на режущий инструмент. Стоит отметить, что при нарезании резьбы в отверстиях больших размеров (М8 и более) данные способы показали свою высокую эффективность. Для повышения надёжности резьбонарезания в отверстиях малого диаметра предложено применение лезвийной анодно-механической обработки, заключающейся в том, что в момент обработки отверстия подаётся раствор электролита, а на деталь с режущим инструментом подаётся постоянный ток с целью растворения сходящей стружки непосредственно в стружечных канавках метчика [7]. Данный метод является комбинированным видом обработки [8], сочетающим одновременное механическое и электрохимическое воздействие на снимаемый слой обрабатываемого материала. Для этих целей к зоне резания подводится по специальной схеме электрическое поле и подается раствор электролита. В зависимости от поставленных задач один полюс (в нашем случае положительный) подключается к заготовке, второй (отрицательный) подключается к электроду специальной конструкции. В нашем случае он представляет четыре металлические иглы, расположенные под углом (~ 15-20°) относительно оси используемого металла. Напряжение подается после того, как состоялось касание заготовки и режущего инструмента.

В результате этого, в процессе механического воздействия происходит отделение стружки от обрабатываемой заготовки и ее последующее анодное растворение под воздействием электрического поля.

Используемая схема обработки предполагает последовательное воздействие на обрабатываемую заготовку, сначала механическое с образованием стружки, затем сразу электрохимическое анодное растворение в среде электролита сходящей стружки непосредственно на рабочих поверхностях инструмента [9]. Такое воздействие приводит к уменьшению объема стружки в стружечных канавках инструмента и отсутствию нароста на вершине режущего клина. Последнее предотвращает увеличение радиуса закругления режущих кромок инструмента. Суммарно это позволяет значительно снизить усилия резания и уменьшить возникающий момент резания.

Таким образом, в процессе нарезания резьбы в отверстии малых диаметров сначала происходит отделение стружки под влиянием механического воздействия, стружка пакетируется в стружечных канавках и под влиянием подаваемого электролита и электрического тока частично растворяется, изменяясь в объёме, что приводит к её сегментированию и дальнейшему удалению из зоны резания под воздействием СОТС.

 

 

 

 

Исследование надежности процесса резьбонарезания

 

В данном исследовании была выполнена наработка до отказа по 100 метчиков М1,4х0,3 при обработке резьбовых отверстий стандартным способом и с применением лезвийной анодно-механической обработкой. Испытания проводились на заготовках из алюминиевого сплава АМг6 толщиной 6 мм. Контролировалось количество отверстий, обработанных каждым метчиком, получаемая при этом резьба соответствовала требуемым точностным характеристикам.

На основании методических указаний, описанных в ГОСТ Р МЭК 61124-2016, ГОСТ Р МЭК 60605-6-2007, выполнен расчёт основных показателей надёжности, а также на основании ГОСТ Р МЭК 61650-2007 проведён сравнительный анализ постоянных интенсивностей отказов при стандартных методах обработки и с применением анодно-механической обработки. В табл. 1, 2 показаны результаты проведённых экспериментов и расчёт показателей надёжности.

 

 

Таблица 1

Результаты проведённых экспериментов и основные показатели надёжности при нарезании резьбы метчиками М1,4х0,3 стандартным способом

ti

N

ri

Ti

n(t)

P(t)

f(t)

λ(t)

1

100

0

100

0

1

0

0

2

0

100

0

1

0

0

3

2

98

2

0,98

0,02

0,020

4

3

95

5

0,95

0,03

0,032

5

5

90

10

0,9

0,05

0,056

6

7

83

17

0,83

0,07

0,084

7

9

74

26

0,74

0,09

0,122

8

10

64

36

0,64

0,10

0,156

9

11

53

47

0,53

0,11

0,208

10

12

41

59

0,41

0,12

0,293

11

13

28

72

0,28

0,13

0,464

 

72

826

 

 

0,72

 

 

Таблица 2

Результаты проведённых экспериментов и основные показатели надёжности при нарезании резьбы метчиками М1,4х0,3 с применением анодно-механической обработки

ti

N

ri

Ti

n(t)

P(t)

f(t)

λ(t)

1

100

0

100

0

1

0

0

2

0

100

0

1

0

0

3

0

100

0

1

0

0

4

0

100

0

1

0

0

5

0

100

0

1

0

0

6

0

100

0

1

0

0

7

0

100

0

1

0

0

8

1

99

1

0,99

0,01

0,010

9

2

97

3

0,97

0,02

0,021

10

2

95

5

0,95

0,02

0,021

11

3

92

8

0,92

0,03

0,033

12

4

88

12

0,88

0,04

0,046

13

5

83

17

0,83

0,05

0,060

14

6

77

23

0,77

0,06

0,078

 

23

1331

 

 

0,08

0,084

Здесь: ti – порядковый номер обрабатываемого отверстия; N – число метчиков в выборке; ri – число отказов метчиков на отверстие ti; Ti – число обработанных отверстий; n(t) – суммарное число отказавших метчиков к ti; P(t) –вероятность безотказной работы метчиков; f(t) – плотность распределения наработки до отказа; λ(t) –интенсивность отказов.

 

 

Анализ рис. 1а, на котором изображён график вероятности безотказной работы метчиков показывает, что вероятность безотказной работы метчиков при обработке резьбовых отверстий малых диаметров с применением лезвийной анодно-механической обработкой выше по сравнению со стандартными видами обработки. В свою очередь, гамма - процентный ресурс, установленный в соответствии с рекомендациями    ГОСТ Р МЭК 60605-6-2007, равный 87%. При этом, стандартным методом обработки будет нарезано 5 резьбовых отверстий, а с применением анодно-механической обработкой 12 резьбовых отверстий. Анализ графиков на рис. 1б,в показывает, что плотность распределения наработки до отказа и интенсивность отказов меньше при использовании анодно-механической обработки по сравнению со стандартными методами обработки. Это свидетельствует о том, что использование лезвийной анодно-механической обработки значительно увеличивает надежность процесса резьбонарезания метчиками в отверстиях сверхмалых диаметров.

 

 

Описание: H:\НАДЁЖНОСТЬ\P(t) 002.jpg

а)

Описание: H:\НАДЁЖНОСТЬ\f(t).jpg

б)

Описание: H:\НАДЁЖНОСТЬ\Лямда (t).jpg

в)

Рис. 1. Графики показателей надёжности: а) P(t) вероятность

безотказной работы метчиков; б) f(t) – плотность распределения

наработки до отказа; в) λ(t) – интенсивность отказов

 

Выводы

 

Проведённые исследования позволили сделать следующие выводы.

  1. Применение метода лезвийной анодно-механической обработки позволило значительно увеличить надежность процесса резьбонарезания метчиками в отверстиях сверхмалых диаметров ресурс инструмента при обработке резьбовых отверстий малых диаметров, уменьшить число отказов и увеличить количество обработанных отверстий единичным метчиком.
  2. Обеспечена стабильность изготовления резьбовых отверстий малого диаметра в деталях из алюминиевого сплава в условиях АМО, что позволит перевести обработку на многофункциональные обрабатывающие центры.
Список литературы

1. Подураев, В.Н. Резание труднообрабатываемых материалов / В.Н. Подураев. - М.: Высшая школа, 1975. - 590 с.

2. Таратынов, О.В. Анализ факторов, влияющих на надежность работы метчиков / О.В.Таратынов, О.И. Аверьянов, С.А. Толмачев // СТанки ИНструмент. - 1999. - № 8. - 59 с.

3. Блинов, Р.М. Разработка способов удаления стружки при соответствующем управлении её формой с целью повышения надёжности работы метчиков при нарезании резьбы в глухих отверстиях: дис.... канд. техн. наук / Р.М. Блинов. - М, 2005. - 184 с.

4. Евстигнеева, О.Н. Повышение надёжности работы метчиков при нарезании резьб в глухих отверстиях конструкционно-технологическими методами: дис.… канд. техн. наук / О.Н. Евстигнеева. - Москва, 2003. - 136 с.

5. Куликов, М.Ю. Исследования надёжности процесса резьбонарезания в отверстиях сверхмалого диаметра / М.Ю. Куликов, М.В. Ягодкин // Известия Кабардино-Балкарского государственного университета. - 2015. - № 5. - С. 61-62.

6. Рыкунов, А.Н. Тонкое точение. Металлическая модель, режимные границы, физические особенности и технологические возможности процесса / А.Н. Рыкунов. - Рыбинск: РГАТА, 2003. - 258 с.

7. Куликов, М.Ю. Исследование влияния СОТС и АМО на надёжность процесса резьбонарезания в отверстиях сверхмалого диаметра / М.Ю. Куликов, М.В. Ягодкин, В.Е. Иноземцев // Вестник Брянского государственного технического университета. - 2018. - №4. - С.18-23. - https: //doi.org/10.30987/article_5b28d1942d3947.54309251.

8. Смоленцев, Е.В. Проектирование электрических и комбинированных методов обработки / Е.В. Смоленцев. - М.: Машиностроение, 2005. - 511 с.

9. Газизулин, К.М. Электрохимическая размерная обработка крупногабаритных деталей в пульсирующих рабочих средах / К.М. Газизулин. - Воронеж: ВГУ, 2002. - 243 с.

Войти или Создать
* Забыли пароль?