CC BY
20
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 669.018.252
ОПТИМИЗАЦИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ КОМБИНИРОВАННОГО ЗЕНКЕР-МЕТЧИКА ПО КАЧЕСТВУ И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ОБРАБОТКИ
© 2013 Курбанов А.З., Алиомаров Л.М.
Дагестанский государственный педагогический университет
Приведенные результаты исследования резьбы в труднообрабатываемых материалах позволили оптимизировать геометрические параметры комбинированного инструмента зенкер-метчик. Выявлены причины, затрудняющие обработку труднообрабатываемых материалов. Определен способ получения качественных внутренних резьб малых диаметров в сложнолегированных сталях и сплавах на основе разработки современной технологии. Статическая обработка однофакторных экспериментов дала возможность определить погрешность изготовления инструментов и установить основные параметры экспериментального и стандартного инструмента. Результаты работы экспериментального и стандартного инструментов показали преимущество комбинированного зенкер-метчика.
The results presented in the study of carving hard materials, allow optimizing the geometric parameters of the combined countersink-tap. The authors reveal the causes which hinder the hard materials processing, define the ways of obtaining the high-quality small-diameter internal thread in the complex alloyed steels and alloys on the basis of the development of the modern technology, hold static processing of single-factor experiments allowing to determine the error of making tools and setting the main parameters of the experimental and standard tools. The presented results of the studied experimental and standard tools allow to establish the advantage of the combined countersink-tap.
Privedennye rezul'taty issledovanija rez'by v trudnoobrabatyvaemyh materialah pozvolili optimizirovat' geometricheskie parametry kombinirovannogo instrumenta zenker-metchik. Vyjavleny prichiny, zatrudnjajushhie obrabotku trudnoobrabatyvaemyh materialov. Opredelen sposobpoluchenija kachestvennyh vnutrennih rez'b malyh diametrov v slozhnolegirovannyh staljah i splavah na osnove razrabotki sovremennoj tehnologii. Staticheskaja obrabotka odnofaktornyh jeksperimentov dala vozmozhnost' opredelit' pogreshnost' izgotovlenija instrumentov i ustanovit' osnovnye parametry jeksperimental'nogo i standartnogo instrumenta. Rezul'taty raboty jeksperimental'nogo i standartnogo instrumentov pokazali preimushhestvo kombinirovannogo zenker-metchika.
Ключевые слова: резьба; зенкер-метчик, средний диаметр, шаг, точность, производительность, труднообрабатываемые материалы.
Keywords: carving, countersink-tap, average diameter, pitch, accuracy, performance, hard materials.
КУыскеууг slova: rez'ba; zenker-metchik, srednij diametr, shag, tochnost', proizvodi-tel'nost', trudnoobrabatyvaemye materialy.
В основных направлениях
экономического и социального развития страны на 2010-2013 гг. и на период до 2020 года большое внимание уделяется повышению технического уровня и качества выпускаемой продукции за счет создания прогрессивных технологий, обеспечивающих высокую
производительность труда [2].
Технология машиностроения
сопряжена со многими проблемами необходимости внедрения в производство современных достижений науки. Особо трудным является вопрос оптимизации резьбонарезания в сложнолегированных сталях и сплавах, применяемых в энергетических установках с более высокими эксплуатационными
характеристиками, в которых
предусматривается использование сталей и сплавов с особыми физико-механическими свойствами: маломагнитных,
коррозионностойких, кислотостойких. Это, как правило, стали мартенситного класса типа Г13, 12х18Н10Т, 07Х16Н6, Х17С2, 40Х5132ФС, 14Х17Н2, ХН77ТЮР, 2Х13 и др.
Как показывает практика, обработка резанием этих материалов затруднена из-за значительной склонности к наклёпу при деформациях, высокой вязкости, плохого теплоодвода из зоны резания. Они обладают малым коэффициентом теплопроводности (X = 0,03) и низким коэффициентом обрабатываемости (Коб) по отношению к конструкционным углеродистым сталям (Коб=0,1... 0,3) [2]. Для решения данной проблемы на кафедре машиноведения и технологии
Дагестанского государственного
педагогического университета был разработан комбинированный инструмент зенкер-метчик (рис. 1) со специальными фасками на зубьях метчика [3].
Рис. 1. Комбинированный инструмент зенкер-метчик: 1) зенкер; 2) метчик; 3) хвостовик; 4) квадрат
Проведенные экспериментальные исследования доказали эффективность работы предложенного инструмента при нарезании внутренних резьб малых диаметров в труднообрабатываемых материалах. В ходе изучения работы комбинированного инструмента зенкер-метчика в целях его усовершенствования проведена оптимизация основных параметров по качеству и производительности обработки с использованием метода статистической обработки однофакторных экспериментов.
В соответствии с полученными конструкторско-технологическими и точностными расчетами для оптимизации качества обработки была изготовлена партия (60 шт.) комбинированного инструмента.
Предварительно измерили все основные параметры самих инструментов, затем эти же параметры (шаг, средний диаметр) контролировали на изделиях после нарезания резьбы.
Средний диаметр резьбы определяли по стандартному методу на микроскопе УИМ-23 при помощи измерительных ножей. Для сравнения такие же опыты проведены и на резьбе, полученной при обработке стандартным метчиком.
При интерпретации результатов исследований применен статистический метод [1]. Вся выборка разбита на 11 классов с шагом
X - X
Ь_ тах тт
_ 11
.(1.1)
По критерию Пирсона проверяли гипотезу о нормальном распределении генеральной совокупности, для чего
вычисляли
X2 _Е (ПгЖ. (1. П
2)
затем по таблице определяли Х2кр. Уровень значимости а принимался равным 0,01, а К=11 - 3 = 8.
При выполнении условий:
X2 < Х2кр или Х2 < 20,1 (1.3) нет оснований отвергать гипотезу о нормальном распределении генеральной совокупности.
Аналогичный материал для стандартного и комбинированного инструментов сравнивался по критерию Фишера-Снедекора. При этом в дальнейшем индекс «0» будет соответствовать комбинированному
инструменту, индекс «1» - стандартному.
Расчеты по шагу резьбы S, проведенные по формулам (1.1) и (1.2) представлены ниже
При этом 82 = 4,678, 8* = 5,68
п
Приведенная дисперсия 52 =
Л02 = 1.79-10-4; £ = — п -1
п -1
Л82 = 2.04-1С-4; So=S1=1.503 мм;
ho=h1=0.006 м Х2 = 0.3; X2 = 1.836
Как видно из данных расчета, в обоих случаях соблюдается неравенство (1,3), что свидетельствует о выполнении
нормального закона распределения генеральной совокупности.
При проверке нулевой гипотезы (Но) относительно конкурирующей гипотезы (Н1) критерий расчета (1.14) < F, что также не отвергает нулевую гипотезу.
Отсюда можно сделать вывод об идентичности сравниваемых инструментов по шагу резьбы.
Такая же обработка осуществлена и при контроле значений среднего диаметра резьбы, экспериментального
комбинированного и стандартного инструментов.
При этом 82 = 5.366; 82 = 5.487; X = 0.6; X = 0.89 = 5.5-1С-4; 52 = 4.336-1С-4
Расчеты показывают, что неравенство (1.3) выполняется, это подтверждает нормальный закон распределения генеральной совокупности 5366
^ „= - 5— = 1,24; Fкр(0,5,40,40)= 1,9.
на6л 4,336 ; , , , ) ,
Таким образом, нет оснований отвергать гипотезу
Н0: м[52]= м3]
В результате проведенных
исследований отмечено, что достоверным шагом комбинированного
экспериментального инструмента является S=1,503 мм, а достоверным средним диаметром dср= 13,074 мм. Далее следует, что погрешность изготовления
инструмента подчиняется закону нормального распределения случайных ошибок. Среднее квадратичное отклонение ряда значений случайных величин по шагу:
8 = 1,3-10-2 мм,
по диаметру: 8Ь = 2,316-10 2 мм.
Действительными размерами
выбранного метчика являются: по шагу S=1,503 мм; по среднему диметру dср =13,071 мм.
Из сопоставления достоверного шага S и диаметра dср следует, что средний диаметр комбинированного метчика на 0,003 мм больше, а So и Sl равны, при почти равном разбросе случайных погрешностей. По диаметру размах 65= 0,014 мм, по шагу 65=0,008 мм.
Сравнивание качества работы, выполненной стандартным и
комбинированным инструментами,
показывает:
а) основные данные результатов расчета по шагу:
5- = 1,504 5- = 1,505; 80 = 4,803; 5-1 = 2,192; Л0 = 0,004; ^ = 0,010; X2 = 1,1 ; 5 = 0,775-10-4 812 = 0,054; 8 = 2,248; X2 = 0,89; 5 = 5,05-104
Отмечаем, что неравенство (1.3) выполняется.
Проверим по критерию Фишера-Снедекора выполнимость нулевой гипотезы Н1:
м [5 ]=м [5 ] против гипотезы Н1; М [5 ] < М [5^] при уровне значимости ^ = ^ = 6,52; Fкр. (0,01; 92; 116)=1,4
в™- 0,775
б) основные данные результатов расчета по значениям среднего диаметра: d-1 = 13.085; б-1 = 13,125; = 0,012;
^ = 0,022 802 = 5,675; 80 = 2,382; X2 = 0,97; 52 = 8,4-10-4 8? = 6,842; 8 = 2,615; X2 = 1,55; 52 = 34-10-4
В данном случае принимается также гипотеза Н: М [. ] М [.], так как Ррасч=4,01 >Бкр (0,01; 37; 36) = 2,2.
Достоверный средний диаметр при нарезании стандартной резьбы dср= 13,125 мм с разбросом 65=0,220, а по шагу действительным шагом Р=1,505 мм с разбросом 65=0,035 мм, а при нарезании резьбы комбинированным
экспериментальным инструментом
действительный средний диаметр dср =13,085 с разбросом 65=0,120 мм, а по шагу действительным шагом 1,504 мм с разбросом 65=0,035 мм (рис. 2).
— стандартный метчик; — комбинированный метчик Рис. 2. Статический анализ точности резьбы, полученной стандартным и комбинированным инструментами
СР
qre qog CM ¿1
/ ft О / > 1
V I > s 1 ! J L 4, О V >
--rr \ < 1 1 k > > -d s
> о / IN ■ч < t > T> f < 4 >
15,071
— стандартный метчик; — комбинированный метчик Рис. 3. Статический анализ точности резьбы, полученной стандартным и комбинированным инструментами
Из приведенных исследований следует, что при использовании комбинированного инструмента резьбы по среднему диаметру получаются почти в 2 раза точнее. При одинаковом разбросе размеров резьбы, по шагу нарезанной комбинированным и стандартным метчиками, разброс по среднему диаметру у резьбы, полученной комбинированным инструментом, вдвое Примечания
меньше, чем у резьбы, нарезанной стандартным метчиком (рис. 3).
Это объясняется тем, что наличие фасок на зубьях метчика и применение специального шлифования боковых поверхностей резьбы метчиковой части комбинированного инструмента
уменьшает трение, вследствие чего снижается и деформация смятия резьбы.
1. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов: учебное пособие. СПб.: Издательство «Лань, 2009. 68 с. 2. Курбанов А.З. Высокопроизводительное нарезание внутренних резьб в труднообрабатываемых материалах: монография. Махачкала: ООО «Деловой мир», 2004. 108 с. 3. Курбанов А.З., Тынянский В.П. Комбинированный метчик // Машиностроение. 1984. № 5. С. 45-46.
Notes
1. Bronstein I.N., Semendyaev K.A. Handbook of mathematics for engineers and students of technical universities: training manual. St. Petersburg: "Lan" Publishing, 2009. 68 p. 2. High-performance tapping of the inner threads in hard materials / Monograph Kurbanov A.Z. Makhachkala, LLC "Business World", 2004. 108 p. 3. Kurbanov A.Z., Tynyansky V.P. Combined countersink-tap. Machine-building, 1984, # 5. P. 45-46.
Primechanija
1. Bronshtejn I.N., Semendjaev K.A. Spravochnik po matematike dlja inzhenerov i uchashhihsja vtuzov: uchebnoe posobie. SPb.: Izdatel'stvo «Lan'», 2009. 68 s. 2. Kurbanov A.Z. Vysokoproizvoditel'noe narezanie vnutrennih rez'b v trudnoobrabatyvaemyh materialah: monografija. Mahachkala: OOO «Delovoj mir», 2004. 108 s. 3. Kurbanov A.Z., Tynjanskij V.P. Kombinirovannyj metchik // Mashinostroenie. 1984. № 5. S. 45-46.
Статья поступила в редакцию 03.03.2013 г.
