используйте шаблон статьи
advertisement
УДК 621.787 Совершенствование конструкции штамповой оснастки и технологии тепловой сборки профильного соединения матрицы с твердосплавной вставкой А. П. Моргунов, К. Н. Пантюхова Омский государственный технический университет Рассмотрены варианты конструкции оснастки для холодной высадки стержневых деталей и технология тепловой сборки замкового профильного соединения матрицы с твердосплавной вставкой при различных схемах сопряжения. Ключевые слова: корпус матрицы, твердосплавная вставка, площадь опорной поверхности, профильное соединение, прочность, натяг. A. P. Morgunov, K. N. Pantyuhova Perfection construction die setting and technological thermal assembling profile junction die with hardalloy insertion Consider of variants construction setting for cold lending bar detail and technological thermal assembling ock up profile junction die with hardalloy insertion a different scheme attached to strain. Keywords: frame die, hardalloy insertion, area of supporting surface, profile junction, strength, tension. Одной из ответственных сборочных единиц оснастки холодновысадочного производства является высадочная матрица. С целью повышения её долговечности в корпус матрицы запрессовывается вставка из твердого сплава, например, из ВК8. В связи с тем, что этот материал обладает высокой твердостью 87,5 HRA, сборка матрицы с вставкой требует достаточно точного расчета величины натяга и строго соблюдения технологии сборки. Кроме того, обеспечение максимальной величины площади опорной поверхности осуществляется благодаря упругопластическому деформированию обоймы. Для того, чтобы применить профильное соединение целесообразно использовать тепловую посадку, которая обеспечит «замковое» соединение. Сборку с нагревом охватывающей детали осуществляют чаще всего в тех случаях, когда в соединении предусмотрены конструкцией значительные натяги. При тепловых посадках создаются натяги, средняя величина которых примерно в 2 раза больше натягов при обычных прессовых посадках. Нагрев применяют при сборке тяжелонагруженных соединений, требующих высокой прочности, а также когда охватывающая деталь выполнена из материала, имеющего высокий коэффициент линейного расширения, а соединение подвергается в машине воздействию повышенных температур. если такое соединение собрать без нагрева, то в процессе эксплуатации прочность его, очевидно, значительно снизится. Нередко нагрев деталей применяют и при сравнительно небольших натягах. Тогда это облегчает процесс сборки и способствует сохранению качества поверхностей сопрягаемых деталей. В одних и тех же условиях прочность тепловых посадок при передаче крутящего момента в 2–3 раза прочности обычных прессовых посадок. Объясняется это тем, что при тепловых посадках микронеровности сопрягаемых поверхностей не сглаживаются, как при холодной запрессовке, а как бы сцепляются друг с другом. Время на запрессовку крупногабаритных деталей с нагревом или охлаждением сокращается в 2–4 раза. Кроме того, часто упрощается и удешевляется сборочное оборудование, ибо отпадает надобность в тяжелых прессах. Температура, до которой следует нагревать охватывающую деталь для осуществления сборки узла, определяется из условия, что натяг ∆ будет меньше произведения Kαtнd1 [1], где Kα – коэффициент линейного расширения материала охватывающей детали; tн – температура нагрева; d1 – диаметр отверстия. Но, ∆=d–d1, следовательно, d–d1< Kαtнd1, откуда tн d d1 . K d1 (1) Если принять, что изменение натяга подчиняется зависимости ∆=0,015+0,001d1, то минимальная температура нагрева должна быть tн 0,015 0,001 1 0,015 0,001 . K d1 K K d1 (2) Для стальных деталей эта формула может быть упрощена: 1350 tн 90 . d1 (3) Температура охватывающей детали после нагрева, очевидно, будет tн+tn, где tn – начальная температура детали. Подсчитанная по формулам температура нагрева деталей обычно увеличивается на 15–30 %, что компенсирует частичное охлаждение детали в процессе ее установки перед запрессовкой, а также обеспечивает свободную установку охватывающей детали. Обычно температура tн+tn не превышает 350–370 С. Больший нагрев деталей не рекомендуется. Если собирают крупногабаритные соединения с нагревом охватывающей детали, состоящие из втулок, то следует учитывать, что при значительной разнице в коэффициентах линейного расширения К 2 К 1 нагрев охватываемой детали в процессе сборки от охватывающей детли может быть причиной возникновения на поверхности сопряжения остаточных деформаций, что приведет к ослаблению посадки. Следует также учитывать, что при посадке нагретой охватывающей детали до упора (например бурт) после охлаждения соединения и уменьшения размеров детали в месте упора может образоваться зазор, т. е. сборка будет некачественной. Чтобы этого избежать, в охватывающей детали возможно ближе к месту упора предусматривают внутреннюю технологическую канавку и отверстие, через которое после сборки подается охлаждающая жидкость и обеспечивается требуемое «направление» усадки при остывании охватывающей детали. Температура t0 охлаждения охватываемой детали может быть найдена по формуле t0 . Kd (4) Конечная температура охлажденной охватываемой детали будет tn–t0. Необходимо, однако, иметь в виду, что возникающее от натяга в сопряжении напряжение σ=Kαt0Е, (5) где Е — модуль упругости материала детали. Значения минимального зазора δ, позволяющего легко ввести охватываемую деталь в отверстие, могут быть взяты из табл. 1. Главным типом цилиндрические, неподвижных формирование неразъемных натяга которых соединений можно являются представить следующим образом. Допустим, что твердосплавная вставка введена в соприкосновение в отверстие обоймы таким образом, что при сборке не повреждены сопрягаемые поверхности обеих деталей. Это может быть достигнуто, например, глубоким охлаждением вала или нагревом втулки. При выравнивании температур происходит соприкосновение деталей и формируется натяг. Качество неподвижного соединения будет определяться количеством площадок соприкосновения S1, S2, … Sn и удельной или полной силой соприкосновения Fтр. уд. [2]: Fтр. уд.=μNуд., (6) где μ – коэффициент трения; Nуд. – сжимающая нагрузка, МПа; Fтр. уд. – удельная сила трения, МПа. Для более долговечного и качественного функционирования необходимо, чтобы величина этой силы была максимальной. Это может быть достигнуто тремя путями. 1. Увеличение натяга. Как уже установлено, сближение является функцией нагрузки и наоборот: Fтр . a ma Sн , na (7) Sн – номинальная площадь соприкосновения. Из формулы видно, что сила сопротивления на поверхности соприкосновения линейно зависит от сближения. Препятствием к широкому маневрированию величиной сближения для повышения надежности неподвижного соединения является прочность охватывающей детали: при больших натягах деталь может получить трещины. 2. Уменьшение шероховатости приводит к увеличению фактической площади соприкосновения. Исходя из того что: Fтр. n g Sф К S н m g 100 , (8) получаем: Fтр.=f(Sф). (9) Учитывая, что n S ф Si , (10) i 1 где Si — площадь единичного пятна касания, можно допустить, что при уменьшении шероховатости до минимума число пятен до соприкосновения n→nmax и размеры пятен возрастают. Очевидно, что если считать n→∞, то Sф→Sф.max=Sн. Sф Sн lim Sф Sн Sн 1. Sн (11) Следовательно, максимальная величина силы трения при Sф Sн 1 (теоретически возможная) Fтр . max n g Практически Sф Sн К . mg 100 (12) 1 нельзя добиться. Анализ формул (7) и (8) показывает, что одинаковую величину силы трения можно обеспечить либо уменьшением шероховатости поверхности, либо увеличением натяга. Это обстоятельство необходимо учитывать в проектных и расчетных работах. Однако нужно оговорить одно обстоятельство: во всех вышеприведенных рассуждениях предполагалось, что μ=const. На самом деле коэффициент трения является функцией нормального давления: μ=f(N), (13) т. е. он различен при различной величине N. Поэтому в практических расчетах необходимо учитывать это обстоятельство. 3. Применение материалов с высокими механическими свойствами. Известно, что коэффициент трения существенно зависит от материалов пары. Более прочные материалы пары допускают большие натяги и, следовательно, обеспечивают большую силу сопротивления Fтр. Пары обладающие большей способностью к схватыванию, обеспечивают больший коэффициент трения и больший момент сопротивления. Особенность применения твердосплавной вставки заключается в том, что твердый сплав деформируется в большей степени в упругой области, в связи с чем Sф Sн может увеличиваться за счет упругопластического деформирования сопрягаемой поверхности обоймы. На рис. 1 представлен неблагоприятный вариант сопряжения обоймы и вставки, когда Sф Sн минимально; на рис. 2 и 3 представлено формирование профильного соединения, когда Sô Sí максимально, иначе Sф Sн 1 . По результатам экспериментальных исследований при нагружении осевой силой прочность теплового профильного замкового соединения (рис. 2, 3) выше прочности теплового соединения с «гладкими» поверхностями более чем в 2,5 раза, а профильного неблагоприятного варианта сопряжения (рис. 1), когда выступы обоймы и выступы вставки сопрягаются по вершинам – более чем в 2,8 раза. Библиографический список 1. Новиков, М. П. Основы технологии сборки машин и механизмов / М. П. Новиков. – М. : Машиностроение, 1969. – 632 с. 2. Моргунов, А. П. Технологическое обеспечение прочности профильных неподвижных соединений / А. П. Моргунов, В. Б. Масягин, И. В. Ревина. – М. : Технология машиностроения, 2004. – 296 с. Таблица 1 Минимальный зазор δ (мм) при диаметре поверхности сопряжения (мм) 30–40 40–60 60–100 100–150 150–200 более 220 0,0006d — — — — — 0,0007d 0,0007d — — — — 0,0011d 0,0007d 0,0006d 0,0005d — — — 0,0011d 0,0008d 0,0007d 0,0006d — — — — 0,0008d 0,0007d Рис. 1 Рис. 2 Рис. 3 Сведения об авторах Моргунов Анатолий Павлович, доктор технических наук, профессор (Россия), заведующий кафедрой «Технология машиностроения». Пантюхова Ксения Николаевна, инженер научного издательства. Адрес для переписки: 644050, г. Омск, пр. Мира, 11. Статья поступила в редакцию 30.03.2011 г.