CC BY
26
_Резание материалов и проектирование специального инструмента_
УДК 621.99.01-02; 519.673
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ В РЕЗЬБОВОМ РЕЗЦЕ СО СМЕННОЙ РЕЗЬБОВОЙ ПЛАСТИНОЙ ЧИСЛЕННЫМ МОДЕЛИРОВАНИЕМ В СРЕДЕ SOLIDWORKS
А. О. Чуприков
Рассмотрен пример моделирования напряжений в резьбовом резце со сменной резьбовой пластиной численным моделированием в среде SolidWorks, основанного на методе конечных элементов. Показано изменение напряжений в резьбовом резце со сменной резьбовой пластиной с увеличением ширины среза при нарезании резьбы.
Ключевые слова: напряжение, моделирование, резьборежущая пластина, передняя поверхность.
В настоящее время существуют множество программных продуктов трехмерного проектирования, способных производить моделирование и прочностные расчеты конструкций. Среди них можно выделить программы, которые имеют наиболее качественные и правдоподобные расчеты. Одна из которых SolidWorks Simulation, основанная на методе конечных элементов, который существует в трех конфигурациях: собственно SolidWorks Simulation; SolidWorks Simulation Professional; SolidWorks Simulation Premium [1 - 4].
Модули Simulation не делают различия между моделями, созданными в SolidWorks или импортированными в базовый модуль. С недавнего времени стало поддерживаться моделирование сборки. Во всех конфигурациях SolidWorks Simulation обеспечивается поддержка для 64-разрядных операционных систем с доступом ко всей оперативной памяти. Также используется многопроцессорность при построении сетки и собственно расчете. Ранее было проведено определение напряжений в резьборежущей пластине численным моделированием в среде SolidWorks в предположении, что пластина опирается на абсолютно жесткое тело [5].
В данном случае моделируются напряжения в пластинке, входящей составным элементом в сборный резец. Для моделирования выбрана спроектированная державка резьбового резца (рис. 1) вместе с установленной в ней трёхгранной резьбовой пластиной со стандартной геометрией типа 19 7612.0352.160403 (ГОСТ 25003-81) из режущей керамики ВОК-бО, которая механически закрепляли в державке. Радиусные участки профиля обоих типов пластин затачивали в специальном приспособлении. Все пластины были из одной партии. Величину радиуса контролировали на микроскопе БВ2010. Величина радиуса ^=(0,3±0,02) мм. Эксперименты проводились на станке мод. 16К20. Режимы резания: частота вращения и=1000 мин-1; скорость резания V=125 м/мин [6 - 9].
81
Определение максимально допустимой толщины срезаемого слоя, при которой происходит хрупкое разрушение режущей части пластин, проводили методом «ломающих» подач на врезание при обработке резьбы М40х1,5 на деталях из стали 35Х3НМ HRC 52...54 с пределом текучести 880 МПа.
Рис. 1. Трехмерная модель державки резьбового резца
"Ломающая" подача последующих проходов рассчитывалась при врезании резьбового резца с поперечной подачей и определялась шириной среза, при котором происходила поломка резьбовой пластины (рис. 2).
Рис. 2. Схема расположения врезания режущего клина пластины при нарезании метрической резьбы
Перед началом расчета необходимо систематизировать исходные данные и учесть следующие положения. Анализируя возникновение деформаций, на чистовом переходе, выделим процесс нарезания внутренней специальной резьбы. Силы резания при ее нарезании будут воздействовать на тонкостенную деталь.
На рис. 3 приведена модель сборного резьбового резца с установленной и закрепленной в нем сменной резьбовой пластиной.
Рис. 3. Схема расположения пластины для нарезания
упорной резьбы
Для нахождения величины этой силы обратимся к методике расчета силы резания при нарезании упорной резьбы в кандидатской работе Моисеева А.В. [11], где была выведена формула для случая нарезания упорной с углами 3° и 30° резьбы и шагом 2 мм на детали из вязкой стали с ав=95 кГс/мм. Зависимость Р2 от скорости резания представляется в следующем виде [10-12]:
458 • а0 32
2 V02 ^ '
где V- скорость резания; - подача врезания, / - номер прохода.
Подставляя наши данные для толщины срезаемого слоя 0,22, 0,44 и 0,66 мм соответственно, получаем
45 8 • 0 220,32
Р21 = 0,22-= 1074,13 Н; Р22 = 1340,88 Н; Рй = 1526,64 Н.
1250,2
Для проведения моделирования подготавливаем трёхмерную модель для приложения сил резания (рис. 4).
Рис. 4. Трёхмерная модель с подготовленными поверхностями
для приложения нагрузки
83
Создаем на передней и задней поверхностях резьборежущей пластины следы, к которым будут приложены силы резания. Для выполнения статического расчета используем имеющиеся исходные данные. При помощи меню графического интерфейса программы вносим исходные данные и запускаем расчет.
По проведенному моделированию получили результаты, перемещений (растяжение) передней поверхности. Растяжение будет на передней поверхности, где зеленый цвет (средний тон) переходит в желтый (светлый тон). В этой области значение напряжения составляет около 5500 МПа и выше (рис. 5).
Рис. 5. Напряжения в резьборежущей пластине при ширине среза 0,22 мм
По результатам моделирования на первом проходе с врезанием 0,22 мм получается сдавливание (напряжение) на передней поверхности около 11000 МПа. Величина превышена. Стоит отметить по моделированию, что с увеличением врезания (до 0,44 мм), напряжение уменьшается, т.е. происходят логичные изменения результатов (рис. 6).
Рис. 6. Напряжения в резьборежущей пластине при ширине среза 0,44 мм
84
При врезании до 0,66 мм напряжение уменьшилось до максимального напряжения 7000 МПа (рис. 7).
Рис. 7. Напряжения в резьборежущей пластине при ширине среза 0,66 мм
В результате проведенного компьютерного моделирования получили представление о величинах и направлениях перемещений в резьборежущей пластине без проведения трудоемких, дорогостоящих экспериментов в производственных условиях. Проведенное моделирование показало, что с такими значениями напряжений в процессе обработки будут возникать разрушения (сколы) на кромках резьборежущей пластине.
При рассмотрении основных требований и погрешности обработки необходимо разработать приемлемые способы для минимизации напряжений в резьборежущей пластине, например, увеличение числа проходов. При этом необходимо учитывать общее время цикла обработки.
Вторым вариантом повышения устойчивости резьборежущей пластины к поломкам может быть усовершенствование конструкции, касающееся геометрических параметров пластины [13 - 20].
Список литературы
1. Алямовский А. А. Инженерные расчёты в SolidWorks Simulation. Изд. ДМК-Пресс, 2010. 230 с.
2. Чуприков А.О., Ямников А.С. Моделирование погрешностей закрепления тонкостенных сварных корпусов в трехкулачковых патронах // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2014. №8-2. С. 18 - 22.
3. Компьютерное моделирование погрешностей обработки тонкостенных сварных корпусов в трехкулачковых патронах // Прогрессивные машиностроительные технологии, оборудование и инструменты. Том III. Коллективная монография / А.О. Чуприков [и др.]; под ред. А.В. Киричека. М.: Издательский дом «Спектр», 2014. 416 с.
85
4. Чуприков А.О., Иванов В.В., Ямников А.С. Обеспечение точности изготовления резьбовых полузамков на тонкостенных сварных корпусах: монография. Тула: Изд-во ТулГУ. 2014. 137 с.
5. Чуприков А. О., Ямников А.С. Определение напряжений в резь-борежущей пластине численным моделированием в среде SolidWorks // Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2016, Вып. 8. Ч. 1. С. 180 - 186.
6. Чуприков А.О. Многопроходное нарезание упорных резьб на станках с ЧПУ // Прогрессивные технологии в современном машиностроении: сб. статей VI Международной научно-технической конференции. Пенза: Приволжский Дом знаний, 2010. С. 147 - 149.
7. Ямников А. С., Иванов В.В., Чуприков А.О. Снижение систематических погрешностей при токарной обработке тонкостенных сварных корпусов»: справочник // Инженерный журнал. 2013. № 9. С. 31 - 36.
8. Иванов В.В., Чуприков А.О. Повышение точности токарной обработки тонкостенных деталей // Вестник машиностроения, 2012. № 6. С. 60 - 61.
9. А^. Yamnikov and A.O. Chuprikov. Chucks for Thin - Walled Blanks // ISSN 1068-798X, Russian Engineering Research. 2015. Vol. 35. No. 11. Р. 838 - 840.
10. Моисеев А.В. Исследование некоторых вопросов нарезания крепежных резьб резцом: дис. ... канд. техн. наук. Тула, 1974. 204 с.
11. Харьков А.И., Чуприков А.О., Ямников А.С. Аналитическое определение составляющих силы резания при точении // Вестник ТулГУ. Автоматизация: проблемы, идеи, решения: сб. науч. трудов МНТК «АПИР-19», 13-14 сентября 2014 года Тула: Изд-во ТулГУ, 2014. С. 107 - 112.
12. Бобров В.Ф. Многопроходное нарезание крепежных резьб резцом. М.: Машиностроение, 1982. 104 с.
13. Ямников А.С., Чуприков А.О., Харьков А.И. Повышение ресурса инструмента при нарезании усиленной упорной резьбы на заготовках из высокопрочных материалов // СТИН. 2015, №6. С. 17 - 21.
14. А^. Yamnikov, A.O. Chuprikov and A. I. Khar'kov. Extending Tool Life in Buttress-Thread Cutting on High-Strength Blanks / ISSN 1068-798X, Russian Engineering Research, 2015. Vol. 35. No. 12. Р. 953 - 956.
15. Чуприков А.О. К вопросу рационального использования твердосплавных СМП при чистовом точении // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 3. 2012. С. 71 - 77.
16. Чуприков А.О. Рациональное использование твердосплавных СМП при чистовой токарной обработке // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии: научно-технический журнал. Орел: Госуниверситет - УНПК. 2012. № 3-3 (293). С. 62 - 67.
17. Грязев В.М., Чуприков А.О. Анализ причин повышенного изнашивания режущей пластины при нарезании усиленной упорной резьбы на заготовках из высокопрочных материалов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2014. Вып. 1. С. 227 - 233.
18. Чуприков А.О., Ямников А.С. Нарезание наружной резьбы по комбинированной схеме // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2014. Вып. 9: в 2 ч. Ч. 2. С. 200 - 204.
19. Ямников А.С., Чуприков А.О., Харьков А.И. Повышение производительности точения резьбы резцами с керамическими пластинками // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Сер. «Машиностроение». 2014. Т. 14. № 4. С. 37 - 45.
20. Ямников А.С., Чуприков А.О., Харьков А.И. Предельно допустимые подачи при многопроходном нарезании резьбы резцом // Вестник современных технологий: сб. науч. тр. Севастополь. гос. ун-та; Севастополь: СевГУ, 2016. Вып. 1. С. 80 - 87.
21. Ямников А.С., Чуприков А.О., Харьков А.И. Причины неравномерности износа резьбовых резцов по упорной стороне профиля // Научное периодическое издание по материалам XV Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Механики XXI веку». Братск, 2016. С. 13 - 18.
Чуприков Артем Олегович, канд. техн. наук, начальник отдела, [email protected], Россия, Тула, Тульский оружейный завод
DETERMINA TION OF STRESS IN THE THREADED INCISORS WITH INTERCHANGEABLE THREADED PLATES NUMERICAL SIMULATION ENVIRONMENT
SOLIDWORKS
A.O. Chuprikov
An example of the stress simulation thread cutter with a removable threaded plate numerical modeling in the SolidWorks environment, based on the finite element method. The change of stresses in the thread cutter with a removable threaded plate with an increase in the width of the cut when cutting threads.
Key words: tension, modeling plate for cutting of a carving, forward surface.
Chuprikov Artem Olegovich, candidate of technical sciences, head of department, artemline@rambler. ru, Russia, Tula, Tula Small-arms Factory
