Full Text

В современном машиностроении создание высокоточной продукции требует не только применения станков с числовым программным управлением (ЧПУ), но и использования оснастки, позволяющей производить данную продукцию в сокращенные сроки. Одним из примеров подобного производства является изготовление машиностроительных штампов нестандартной формы (рис. 1). Рис. 1. Примеры штампов нестандартной формы Как показали исследования, создание подобного рода продукции влечет за собой ряд технических и технологических проблем, а именно: - отсутствие специализированной оснастки для станков с ЧПУ, - необходимость постоянной перенастройки режимов работы станка, - отсутствие возможности привязки к единой базе детали. Анализ описанных проблем показал необходимость создания новой конструкции универсальной делительной головки для станков с ЧПУ. На наш взгляд, наиболее перспективно применение делительной головки, состоящей из нескольких сопряженных между собой неравножестких соединений и интегрированной механической передачи, необходимой для поворота составных частей (рис. 2). а б Рис. 2. Делительная головка для производства штампов нестандартной формы: а - 3D-модель; б - натурный образец Созданная делительная головка нашла свое применение в промышленности при изготовлении штампов нестандартной формы (с криволинейными поверхностями). Конструкция делительной головки, состоящая из трех эксцентриков, собранных с натягом, и поворотных механизмов, создавалась таким образом, чтобы обеспечить наибольшую точность воспроизводимой траектории при фрезеровании штампа [1, 2]. Разработанная оригинальная математическая модель расчета полиэксцентриковых соединений с натягом (ПЭСН) [3] позволила смоделировать полный цикл процесса сборки делительной головки. Для обеспечения многократной собираемости и разбираемости тепловым способом в процессе эксплуатации сопрягаемые детали делительной головки были изготовлены из различных марок стали, что обусловливается различным по величине коэффициентом теплового расширения для выбранных материалов. Исходные данные для расчета: материал внутренней детали делительной головки - сталь 60 (ГОСТ 1050-74): модуль упругости 208 МПа; плотность 7800 кг/м3, коэффициент Пуассона 0,3; предел прочности при сжатии - не менее 208 МПа. Материал промежуточной детали делительной головки - сталь 20 (ГОСТ 1050-88): модуль упругости 212 МПа; плотность 7859 кг/м3, коэффициент Пуассона 0,3; предел прочности при сжатии - не менее 212 МПа. Материал внешней детали делительной головки - сталь 40 (ГОСТ 1050-74): модуль упругости 212 МПа; плотность 7850 кг/м3, коэффициент Пуассона 0,3; предел прочности при сжатии - не менее 212 МПа. Имеем многоконтактную задачу полиэксцентрикового соединения с натягом с тремя деталями (три стальных) в контакте по радиальной и осевой посадкам. В результате произведенных вычислений были получены эпюры эквивалентных, радиальных, тангенциальных и осевых напряжений делительной головки [4]. Анализ полученных данных позволяет сделать выводы о том, что интенсивность напряжений, возникающих при сборке делительной головки термическим методом, не превышает допустимых упругих напряжений. Дальнейшие исследования показали, что контактные поверхности составных частей делительной головки будут работать исключительно в зоне упругости, что гарантирует безотказную и долгосрочную службу данного изделия. Поскольку производство штампов нестандартной формы в основном осуществляется при помощи фрезерного оборудования, во время эксплуатации соединения делительной головки воспринимают осевую нагрузку и воздействие крутящего момента. Следовательно, возникает необходимость в проведении расчета напряженного состояния (в осевом направлении) и расчета максимального воспринимаемого крутящего момента, что позволит определить работоспособность созданной конструкции делительной головки при требуемых условиях эксплуатации. В результате среднее расхождение теоретических данных с натурным экспериментом составило 9-10 % (рис. 3), что указывает на достаточную точность проведенных расчетов. Рис. 3. Диаграмма распрессовки по внешней контактной поверхности (промежуточная деталь - внешняя деталь): экспериментальная кривая; теоретическая кривая Практические рекомендации по назначению натягов в посадках делительной головки, выбору величин эксцентриситета составных частей и оптимальных температур для распрессовки позволяют обеспечивать снижение концентрации напряжений в опасных участках деталей и условия работы конструкции в зоне упругости. Представленные рекомендации предназначены для конструкторов и технологов с целью реализации качественных конструкций и эффективных технологий сборки новых и эксплуатации существующих делительных головок на основе ПЭСН (рис. 4, 5). Рис. 4. Зависимость нагрузочной способности в делительной головке от температуры Рис. 5. Рекомендуемая величина натяга в посадках соединения при термическом способе сборки-разборки составных частей делительной головки: -- N2 = 153 мкм, -- N1 = 50 мкм Рекомендации могут быть внедрены в различных отраслях промышленности: общее машиностроение, оборонная промышленность, нефтедобывающее оборудование, приборостроение, железнодорожное машиностроение, судостроение и др.

About the authors

A. V Shchenyatskyi

The Izhevsk State Technical University named after M.T. Kalashnikov

E. S Chukhlantsev

The Izhevsk State Technical University named after M.T. Kalashnikov

References

Statistics

Views

Abstract - 53

PDF (Russian) - 24

Refbacks

• There are currently no refbacks.