Технічні науки. Обробка

матеріалів у машинобудуванні

Добрянський С.С., Іщук М.С.

Національний технічний університет України “КПІ”

ВЗАЄМОЗВ’ЯЗОК ТОЧНОСТІ І СИЛ РІЗАННЯ ПРИ НАРІЗУВАННІ РІЗЬБ ГОЛОВКАМИ

Одним з найбільш розповсюджених способів виготовлення точних зовнішніх різьб є нарізування головками з круглими гребінками. Проте технологічні можливості цих головок щодо забезпечення високої точності і низької шорсткості поверхонь витків ще не повністю використовуються, що можна пояснити відсутністю досліджень впливу різних факторів на сили різання і точність різьб, на їх коливання в процесі різьбоформування.

Експериментальні дослідження проводились при нарізуванні різьб М27, М27´2 та М27´1,5 на сталі 45 (НВ 200-210). Різьби нарізувались головкою 4КА на вертикально-свердлильному верстаті 2Н135 в режимі самозатягування. Матеріал гребінок – сталь Р6М5. Геометричні параметри заточки гребінок (величина перевищення вершини гребінки Z_A, передній кут g і кут нахилу різальної кромки l) змінювались в межах, що забезпечують нормальне протікання процесу різьбонарізування. Кут забірного конуса гребінок j - 20º. Швидкість різання - 8,5м/хв. У якості охолодження застосовували рідину на масляній основі.

При проведенні досліджень за допомогою спеціального динамометра з індуктивними датчиками БВ-844 регіструвались крутні моменти М і визначались тангенціальні сили åP_Z, що діють одночасно на чотири гребінки, а також їх розсіювання в процесі різання (дисперсії , і поля розсіювання 6, 6). Вони приймались як характеристики динамічних процесів різьбонарізання.

Для оцінки точності різьб важільним мікрометром з ціною поділки 0,002 мм за допомогою трьох дротиків визначався середній діаметр різьби d₂, а також дисперсії і поле розсіювання 6.

Усі криві, щодо зміни М по довжині нарізуваної різьби можна розділити на дві характерні групи.

1. Криві, за якими не спостерігається зростання М, що відповідає умовам нормального протікання процесу різьбоформування.

2. Криві, за якими М зростає по довжині нарізуваної різьби. Це супроводжується “розклинюванням” гребінок, що може бути викликано розміщенням профілюючих перерізів гребінок на різальній частині, завищеними значеннями Z_A, затупленням гребінок тощо, і вказує на порушення нормального процесу різьбонарізання.

У відповідності до зростання М, збільшуються значення d₂ по довжині різьби.

Установлено, що при нормальному протіканні процесу різьбонарізання, розсіювання М та d₂ підпорядковуються законові нормального розприділення. При наявності зростання М по довжині різьби в межах 15-20%, відхилення М і d₂ підчиняються композиційному законові Гауса і імовірності, що рівномірно зменшується. При більшому зростанні М в межах 20-25% - законові Максвелла.

На базі отриманих результатів проведено дослідження наявності кореляційного зв’язку між 6 і 6. Підтверджено, що між точністю різьб і силами різання існує обґрунтований кореляційний зв'язок, який характеризується такими рівняннями регресії для різьб з різним кроком:

(1)

(2)

(3)

З рис.1 видно, що лінії регресії, отримані для різьб з різним кроком, майже співпадають і їх можна замінити однією загальною лінією регресії.

Рис.1. Визначення зв’язку між розсіюванням сил різання і середніми діаметрами різьб

З статистики відомо [1], що відносна тіснота залежності вимірюється коефіцієнтом детермінації r², що дорівнює квадратові коефіцієнта ліній кореляції. У нашому випадку r² виражає ту долю розсіювання залежної змінної 6, яка зв’язана зі зміною значень другої перемінної 6.

Розрахунки показали, що значення r² дорівнюють 0,50 - 0,60. Тобто, доля похибок d₂, викликаних пружними деформаціями головок від коливань сил різання, сягає 50-60% загальних відхилень.

З викладеного виходить, що в результаті точність d₂ нарізуваних різьб в основному залежить від коливань сил у процесі різьбонарізання і жорсткості різьбонарізної головки. Вплив вихідних контрольованих керованих і некерованих змінних факторів на точність різьб можна виразити через їх вплив на поле розсіювання сил різання. Очевидно, що всі заходи, які зменшують величину розсіювання сил різання, проводять до підвищення точності нарізуваних різьб.

Проте визначення 6 складне і трудомістке і було би простіше характеризувати характер точності нарізуваних різьб через М.

На рис.2 наведені графіки залежності М і 6 від таких умов нарізування:

1) нарізування різьби М27×1,5 неповного профілю (під остаточне обкатування);

2) нарізування різьби М27×1,5 повного профілю;

3) нарізування різьби М27×2 неповного профілю;

4) нарізування різьби М27×2 повного профілю;

5) нарізування різьби М27 (крок 3мм) неповного профілю;

6) нарізування різьби М27 повного профілю.

Ці досліди проводились при нормальному протіканні процесу різьбонарізання. У даному випадку r(M, 6) = 0,943, а рівняння регресії

. (4)

Рис.2. Залежність крутних моментів і поля розсіювання 6 від умов нарізання

З викладеного виходить, що наскільки більший крок нарізуваної різьби або повніший її профіль, тобто більший М, настільки нижча її точність.

На рис.3. наведений графік залежності від максимального значення М при його зростанні по довжині нарізуваної різьби М27×1,5, тобто при неоптимальних умовах різьбоформування (виборки розміщені в порядку зростання ).

При цьому r(, М_макс.) = 0,973, а рівняння регресії

. (5)

Аналіз отриманих результатів показує, що при зростанні М по довжині нарізуваної різьби і, як результат, появою конусності різьби по d₂, зростання М_макс. на 10 Нм збільшує поле розсіювання d₂ на 40 мкм. У той же час, при нормальних умовах нарізання, зростання М на 10 Нм, внаслідок збільшення кроку чи зміни повноти профіля різьби, приводить до зростання розсіювання d₂ різьби тільки на 20 мкм.

З викладеного виходить, що достатньо обґрунтовано вплив динамічних характеристик різьбонарізання на точність нарізуваних різьб описується за допомогою поля розсіювання сил різання.

Рис.3. Залежність розсіювання середнього діаметра різьби від максимального крутного моменту (а) і відповідна лінія регресії (б)

Висновки:

1. Проведені експериментальні дослідження впливу різних факторів на точність різьб і сили різання.

2. Установлені закони розприділення розсіювання середніх діаметрів різьб і крутних моментів і отримані рівняння їх залежності.

3. Доказана наявність кореляційного зв’язку між точністю різьб і крутними моментами.

4. Показано, що доля похибок d₂ різьб, викликаних пружними деформаціями головок від коливань сил різання, сягає 50-60% від загальних похибок обробки.

Література:

1. Мордэкэй Езекиел и Карл А.Фокс. Методы анализа корреляций и регрессии. М. Статистика, 1966.

2. Смирнов Н.В., Дунин-Барковский И.В. Курс теории вероятностей и математической статистики для технических приложений. М. Наука, 1969.