Технічні науки. Обробка матеріалів у машинобудуванні

Добрянський С.С., Стрільчук О.М.

Національний технічний університет України «КПІ»

Вплив задніх кутів гребінок на якість внутрішніх різьб

Протікання процесу нарізування крупних внутрішніх різьб різьбонарізними головками з круглими гребінками [1] і якість різьби суттєво залежать від кінематичних задніх кутів на різальній частині гребінок.

Мета роботи – визначення впливу конструктивних параметрів головки і параметрів заточки гребінок на задні кути, аналіз конкретних значень цих кутів і розробка відповідних рекомендацій.

При заточуванні гребінок, установлених на кулачках, витримуються певні значення переднього кута γ₀, кута нахилу λ₀ головного леза та перевищення Z_A точки А [1].

Щоб простежити за зміною кінематичних задніх кутів по всій довжині різального леза (рис. 1), визначимо їх в базових точках A,D,B та С (точка D знаходиться посередині між точками А та В). Базові точки ADB знаходяться на

Рис. 1. Схема для визначення рівняння вектора швидкості

різальній конічній частині гребінки, а А та С – на калібруючій циліндричній частині. Тому задні кути на них визначаємо окремо.

Задній кут [2] – це кут між дотичною до траєкторії руху досліджуваної точки М_з(М_к), тобто вектором відносної швидкості V (рис. 2), і дотичною до задньої поверхні гребінки М_зМ_з^’ (М_кМ_к^’), замірені в площині Q_з(Q_к) відносно руху. Виходячи з того, що траєкторія руху будь-якої точки на лезі гребінки представляє собою гвинтову лінію, можна показати [3,4], що значення направляючих коефіцієнтів дотичної до сліду перетину задньої поверхні забірного конуса з площиною відносного руху в точці М_з (x,y,z) :

де S – крок нарізуваної різьби; ω – кут підйому гвинтової лінії різьби по середньому діаметру; R – радіус гребінки; r – радіус різьби; Н – відстань між віссю заготовки і віссю гребінки; φ – кут нахилу забірного конуса гребінки (стандартне значення 20°); k_a – перевищення системи координат гребінки над системою координат заготовки.

Остаточно головний задній кут на забірному конусі в площині відносного руху:

Рис. 2. Схема для визначення задніх кутів α_з та α_к

При визначенні знаку заднього кута зазору виходимо з наступного : якщо перевищення досліджуваної точки вище від перевищення, при якому задній кут рівний нулю [1], то розрахунковий задній кут α_з - від’ємний, тобто порушуються умови нормального різання, якщо це перевищення нижче, то він додатній.

Аналогічно визначаємо задній кут α_к зазору на калібруючій частині АС гребінки (рис. 1 та рис. 2). Можна знайти значення направляючих коефіцієнтів дотичної до сліду перетину М_кМ_к^’ (рис. 2) калібруючої частини гребінки з площиною відносного руху досліджуваної точки М_к (x,y,z) :

Остаточно задній кут на калібруючій частині гребінки в площині відносного руху визначиться :

Знак кута α_к визначається так само, як і кута α_з.

Для визначення впливу геометричних параметрів заточки гребінок Z_A, γ₀, λ₀ на задні кути λ_з на різальній частині, за отриманими формулами розраховані конкретні значення цих кутів для головки, описаної в [1].

Попередні розрахунки показали, що на відміну від нарізування зовнішніх різьб головками типу К та КА, при нарізуванні внутрішніх різьб суттєво зменшується вплив параметрів заточки гребінок на задні кути та протікання процесу різання. Це можна пояснити внутрішнім дотиком гребінки з нарізуваною різьбою, великою різницею між діаметрами гребінок та нарізуваної різьби і малими кутами підйому гвинтової лінії різьби. Тому для внутрішніх різьб межі зміни Z_A зростають, у порівнянні з зовнішніми різьбами, від 0,4-0,6 до 2-4 мм.

Проте найбільше на значення задніх кутів впливає конструктивний параметр К_О (рис. 1). Наприклад, збільшення К_О від 2 до 5 мм дозволяє, в основному, збільшити α_з від 0-3° до 10-11° при однакових параметрах заточки гребінок.

Рис. 3. Графіки залежності задніх кутів α_з на різальній частині гребінки від кута нахилу різальної кромки λ_о при передніх кутах заточки γ_0, що дорівнюють 0,10 та 20° (відповідно штрих-пунктирні, штрихові та суцільні лінії) для точок різальної кромки А(1-3), В(7-9) та D(4-6) при Z_A, мм: 1,4,7 – 2; 2,5,8 – 3; 3,6,9 – 4.

На Рис. 3 наведені графіки залежностей задніх кутів α_з від параметрів заточки гребінок для таких умов : різьба М135х2; k₀=3 мм; D=38,8 мм; d=135 мм; Z_A=2,3 і 4 мм; γ₀=0,10 і 20°; λ₀=2,5 і 8°. Параметри заточки змінювались в межах, при яких забезпечується нормальне протікання процесу різання [1].

З рис. 3 та розрахункових таблиць (в цій роботі не наведені) видно, що задній кут α_з, максимальний в точці В, може змінюватись від 7°30´ (Z_A=2 мм, γ₀=20°, λ₀=8°) до 48´ (Z_A=4 мм, γ₀=0°, λ₀=2°). Розрахункові значення α_з в точці А змінюються від 0° (Z_A=4 мм) до 4°3´ (Z_A=2 мм) і не залежить від кутів γ₀ та λ₀. Така велика зміна задніх кутів по довжині різальної кромки обумовлює різні умови різання в досліджуваних точках.

Задні кути α_з, які залежать в точці А тільки від перевищення Z_A, поступово зростають в міру наближення досліджуваної точки до переднього торця гребінки. При цьому це зростання ти інтенсивніше, чим більші кути заточки γ₀ та λ₀. У випадку зміни кута λ₀ від 2 до 8° задні кути в точці В збільшуються приблизно на 1° при різних значеннях Z_A та γ₀.

Зі зростанням γ₀ від 0 до 20°, задні кути в точці В збільшуються приблизно на 1-1°30´. При зростанні перевищення Z_A від 2 до 4 мм, задні кути в точці В зменшуються приблизно на 4-5° для різних значень γ₀ та λ₀.

Таким чином, в розглянутих межах найбільше на задні кути в точці В впливає перевищення Z_A, а в меншій мірі – кути γ₀ та λ₀. В міру наближення до точки А вплив цих кутів на α_з зменшується і в самій точці А зводиться до нуля, але вплив Z_A тут досить значний.

Встановлено, що для нормальної роботи головки необхідно, щоб перехід додатніх задніх кутів до від’ємних проходив в точці А або поблизу неї зі сторони опорного торця гребінки [1]. У зв’язку з тим, що на задні кути в точці А впливає тільки перевищення Z_A, то воно головним чином впливає на якість різьби і оптимізацію процесів різьбо формування.

Аналіз задніх кутів у найбільш навантаженій частині гребінки (зона точки D) показує, що при збільшенні λ₀ від 2 до 8° кут α_з зростає тільки на 0,5°; у випадку зміни γ₀ від 0 до 20° задні кути збільшуються на 0,5-1°; при зростанні Z_A від 2 до 4 мм задні кути зменшуються приблизно на 4-5°.

Розрахункові значення задніх кутів α_к на калібруючій частині гребінки в точці С для прийнятих параметрів заточки гребінок знаходились в межах від -17,5° до -28,5°, що дозволяє забезпечити надійне самозатягування головки в процесі роботи.

Необхідно відмітити, що при нарізуванні внутрішніх різьб суттєво збільшуються дуги контакту гребінок з оброблюваною заготовкою у порівнянні з нарізуванням зовнішніх різьб, що поліпшує самозатягування головки і зменшує імовірність підрізування профілю витків різьби. Разом з тим різко зменшуються кути підйому гвинтової лінії, що затрудняє надійне і легке врізання головки в заготовку. Тому при нарізування внутрішніх різьб великого діаметра більш перспективним є нарізування з примусовою подачею головки на крок нарізуваної різьби ніж при нарізуванні зовнішніх різьб.

Висновки :

1. Отримані формули для визначення кінематичних задніх кутів на різальній та калібруючих частинах гребінок у залежності від параметрів заточки гребінок і конструкції головки.

2. Проаналізовано вплив різних факторів на задні кути різання.

3. Розроблено рекомендації, які дозволяють поліпшити процес нарізування внутрішніх різьб головками.

Література :

1. Добрянський С.С., Стрільчук О.М. Головка для нарізування внутрішньої різьби. Aktualni vymozenosti vedy - 2009. 27 cervna – 05 cervencu 2009 roku. Praha. Publishing House “Education and Science” s.r.o. 2009. с.46 – с.51.

2. Шевченко Н.А. Геометрические параметры режущей кромки инструмента и сечения среза. М., Машгиз, 1957. 139 с.

3. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике. М., Наука, 1974. 831 с.

4. Рашевский П.К. Курс дифференциальной геометрии. М., Гиттл, 1950. 428 с.