24 марта 2018г.
Накатывание роликами наружных резьб является в настоящее время наиболее прогрессивным способом получения резьбовых деталей, таких, как болты и шпильки, в массовом производстве. Преимущество получения резьб накаткой по сравнению с нарезанием резцами и плашками состоит не только в существенно большей производительности, но и в поверхностном упрочнении заготовки в зоне контакта с роликами, а также в снижении шероховатости резьбовых поверхностей.
Процесс накатывания резьбы (рис. 1) можно рассматривать как сочетание вдавливания в заготовку профиленакатных роликов с подачей S и прокатки, возникающей при вращении заготовки с угловой скоростью n.
При всех преимушествах получения резьб накаткой существует проблема, связанная с превышением
допустимого времени накатки. Превышение допустимого времени накатки приводит к многократному проходу инструмента по одному и тому же участку заготовки. Ряд авторов, в частности, в работах [1], [2],
[3] показали, что в
этом случае в резьбе образуются множественные микротрещины, которые увеличиваются при затяжке резьбового соединения и приводят к отказам изделия при эксплуатации. Однако остается
неясным, как именно меняется напряженное состояние заготовки при превышении времени накатывания резьбы по сравнению с допустимым.
Цель исследования – выявить влияние времени накатки на напряженное состояние заготовки.
Постановка задачи. В качестве объекта исследования была выбрана заготовка с резьбой М10х1,25. Требуется определить:
1) эквивалентные напряжения в заготовке при одном и двух проходах резьбонакатного ролика;
2) степень повреждения материала заготовки при
одном и двух проходах резьбонакатного ролика.
При
решении
задачи
приняты следующие основные допущения:
1)
рассматривается четверть одного витка накатываемой резьбы, взаимодействующего с
резьбонакатным роликом;
2)
ролик считается абсолютно жестким;
3) влиянием пластического деформирования соседних витков резьбы можно пренебречь;
4) накатывание осуществляется в открытом контуре, при максимально допустимой для исследуемой резьбы М10х1,25 глубине внедрения ролика в поверхность заготовки.
Основные результаты исследования. Расчет эквивалентных напряжений (пункт 1 постановки
задачи) выполнен методом конечных элементов с помощью программы DEFORM-3D. Результаты показаны
на
рисунке 2а,
2б.
Как видно, при первом проходе ролика, что соответствует допустимому времени накатки, максимальные эквивалентные напряжения, достигающие 1400 МПа, возникают лишь в небольшой области заготовки; большая же ее часть охвачена напряжениями 600-800 МПа. При втором же проходе (время накатки
превышает допустимое) максимальные напряжения охватывают уже значительную часть заготовки.
Расчет степени повреждения материала (пункт 2 постановки задачи) также выполнен с помощью
программы DEFORM-3D. Результаты показаны на рисунке 3а,
3б
Как видно, при первом проходе ролика, что соответствует допустимому времени накатки, степень повреждения заготовки не превышает 0.444; в большей же ее части
она составляет около 0.2. При
втором же
проходе (время накатки превышает допустимое) степень повреждения в отдельных местах достигает уже 0.998.
Выводы. Многократный проход ролика по одним и тем же местам заготовки при уже сформированной резьбе приводит к существенному росту областей, охваченных значительными
напряжениями. С другой стороны, происходит рост степени повреждения материала заготовки; очевидно, именно в областях с высокой степенью повреждения материала и образуются микротрещины, которые в дальнейшем приводят к
выходу из строя резьбового соединения.
Основные рекомендации по проектированию и выполнению процесса накатки резьбы сводятся
к необходимости строго выдерживать время накатки, не допуская многократного прохода ролика по одному
и тому же участку уже сформированной резьбы.
Список литературы
1.
Киричек А.В., Афонин А.Н. Резьбонакатывание.: Библиотека технолога. - М.: Машиностроение, 2009.
2. Липка В.М., Рапацкий Ю.Л. Конечно-элементное моделирование процесса накатывания наружной
резьбы / В. М. Липка, Ю. Л. Рапацкий// Перспективные направления развития отечественных информационных технологий. Материалы II межрегиональной научно-практической конференции.
Севастопольский
государственный университет. – Севастополь, 2016. - С. 132-133.
3.
Липка В.М. Повышение качества и надежности резьбовых соединений в условиях серийного
производства силовых агрегатов для легковых автомобилей / В.М. Липка, В.Я. Копп, Ю.Л. Рапацкий //Вестник СевНТУ. Сер.: Машиноприборостроение и транспорт: сб. науч. тр. - Севастополь, 2013. -Вып.139. - С. 154-160.
