ВЛИЯНИЕ РАСПОЛОЖЕНИЯ РОЛИКОВ В ПАЗАХ СЕПАРАТОРА РОТАЦИОННЫХ ИНСТРУМЕНТОВ ДЛЯ ППД НА ИЗНОС
advertisement
17 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ УДК 621.9.02 ВЛИЯНИЕ РАСПОЛОЖЕНИЯ РОЛИКОВ В ПАЗАХ СЕПАРАТОРА РОТАЦИОННЫХ ИНСТРУМЕНТОВ ДЛЯ ППД НА ИЗНОС Отений Я.Н., Виноградов В.В., Щеголев Н.Г. Камышинский технологический институт(филиал) Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Волгоградский государственный технический университет» Данная работа посвящена анализу влияния расположения роликов в пазах сепаратора инструментов для поверхностно-пластического деформирования на износ сепаратора. В статье рассматриваются различия в условиях работы жесткого раскатника и инструмента постоянного усилия. Показано, что в инструменте постоянного усилия возникающие силы трения между роликом и стенкой сепаратора направлены в ту же сторону, что и усилие деформирования. При этом стабилизируется положение роликов и снижается износ сепаратора. Ключевые слова: поверхностно-пластическое деформирование, инструмент, износ. Исследование особенностей работы де- воспринимается деформирующими роли- формирующего инструмента показывает, что ками, создается натягом, равным разности в условиях серийного, крупносерийного и между диаметром описываемой роликами массового производства наиболее произво- окружности и диаметром обрабатываемой дительными, долговечными и надежными в детали. эксплуатации инструментами являются раскатники и обкатники сепараторного типа. Поскольку величина натяга соизмерима с величиной допуска на предшествующую об- В зависимости от вида нагружения работку, то это вызывает значительное коле- деформирующих роликов сепараторные бание радиального усилия, возникающего инструменты можно разделить на две при обкатывании, и в конечном итоге приво- группы – жесткие и упругого действия. дит к значительным неоднородностям вели- Жесткие инструменты сепараторного ти- чин наклепа, остаточных напряжений, а в не- па получили в настоящее время наи- которых случаях к возникновению перена- большее распространение, что объясня- клепа. Изменение усилия деформирования ется простотой их конструкции. приводит так же и к более интенсивному из- Однако этому виду инструмента присущи носу роликов и опорного конуса, являющихся существенные недостатки, заключающиеся в наиболее нагруженными деталями инстру- том, что усилие деформирования, которое СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ №5, 2010 18 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ мента, а в результате и к более частому вы- самоподача обкатника постоянного уси- ходу из строя самого инструмента. лия. Это различие может быть объяснено Кроме того, анализ работы жестких разной величиной износа гнезд сепарато- раскатников и обкатников по сравнению ра в том и ином случае. Так как по мере с инструментами постоянного усилия вы- износа гнезд сепаратора деформирующие явил и другие недостатки первых. На ос- ролики имеют возможность самоустанов- новании испытаний в производственных ки в пределах образовавшегося зазора условиях, изложенных в литературных между роликами и боковыми поверхно- источниках [1], можно сделать вывод о стями гнезд сепаратора, то это приводит влиянии конструктивно-технологических к изменению первоначального положе- параметров при обработке обкатниками ния роликов по отношению к оси детали, различных конструкций на стабильность а в результате и к изменению самопода- подачи в режиме самозатягивания. Срав- чи. Для сравнения на рис. 1. б. показан нительные графики изменения самопо- график изменения износа гнезд сепара- дачи для жесткого типа инструмента и тора для жесткого и упругого обкатни- для обкатника постоянного усилия пред- ков, из которого видно, что износ гнезд ставлены на Рис. 1. Из этих графиков в жестком обкатнике значительно боль- видно, что самоподача в инструменте же- ше износа гнезд в обкатнике постоянно- сткого типа по мере увеличения суммар- го усилия, а сам график качественно по- ного количества обработанных деталей вторяет зависимости для самоподачи. уменьшается значительно быстрее, чем Рис.1 – зависимости изменения подачи (а) и износа гнезд сепаратора (б) от суммарной длины обработки. 1 – жесткий инструмент, 2 – инструмент постоянного усилия Для объяснения причин, приводящих ботают деформирующие ролики в обоих к износу боковых стенок гнезд сепарато- видах инструмента. В том и другом слу- ра рассмотрим условия, при которых ра- чаях деформирующие ролики располо- СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ №5, 2010 19 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ жены своим меньшим основанием в на- ношения между диаметрами роликов и правлении к большему основанию опор- опорного конуса. ного конуса (рис. 2). Различие в схемах Рассмотрим взаимодействие роликов с деформирования состоит в том, что де- опорным конусом более подробно. В обкат- формирующие ролики в процессе обра- нике постоянного усилия диаметр роликов в ботки жестким обкатником нагружаются направлении длины ролика увеличивается, со стороны большего основания, а в ин- что вызывает опережающее перемещение струменте постоянного усилия – со сто- задней части роликов по отношению к пе- роны меньшего основания. Это различие редней части в сторону направления каче- обуславливает характер качения роликов ния. Возникающее при этом усилие трения по опорному конусу, заключающееся в направлено в ту же сторону, что и усилие том, что существует сечение ролика (на деформирования. Одинаковое направление рисунке 2 обозначено точкой N), дуга этих сил стабилизируют положение роли- окружности которого катится по поверх- ков в пазах сепаратора, за счет чего умень- ности опорного конуса без скольжения, а шается износ боковых поверхностей гнезд в остальной части существует проскаль- сепаратора. Сказанное можно подтвердить зывание, вызываемое изменением соот- конкретными расчетами. А Б Пласт ина Vр Pz τ rб rм ωp N Vр Pz А- А Б- Б пр Vм+Vпр Vб Vб- Vпр ωp rб rм rб N ωp rм τ Vпр τ пр Vм rм ωp rб пр Vпр Ролик τ пр Сепарат ор L L А Б Рис. 2 – Схема к объяснению износа гнезд сепаратора; а) жесткий инструмент; б) инструмент постоянного усилия Определим сечение, в котором отсутст- вые скорости ролика и сепаратора, в кото- вует проскальзывание между роликом и ром расположены деформирующие ролики. опорным конусом. Это сечение можно оп- Между угловыми скоростями ролика и се- ределить при условии, если известны угло- паратора существует соотношение: ω =r ω r с po p ko СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ №5, 2010 (1) 20 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ где ω c , ω p – угловые скорости сепара- тора и ролика, с-1; rpo , rko – радиусы сече- Подставим в правую часть равенства (1) функции изменения радиусов конического ролика и опорного конуса по длине ролика: ния ролика и опорного конуса, в котором отсутствует проскальзывание, мм. icp = ωc r rрн ± l p ⋅ tgϑ p = = ω p r k rkн ± l p ⋅ tgϑk (2) где rk – функция изменения радиуса усилия) – нижний знак для роликов с пря- опорного конуса по длине контактной зо- мой конусностью (инструмент жесткого ны, мм; rрн, rкн – начальные радиусы ролика типа). Произведя алгебраические преобра- и опорного конуса, мм; lр – текущая коор- зования равенства (2) получим значение дината длины ролика, мм. координаты длины ролика lро, которому Верхний знак для роликов с обратной конусностью (инструмент постоянного соответствует сечение, в котором отсутствует проскальзывание: icp ⋅ rкн − rрн l po = ± (tgϑ р +iср tgϑк ) В общем случае в пределах контакта между роликом и деталью на ролике существует сечение, характеризуемое точкой N, расположенной на расстоянии l po от нача- (3) ла контакта, в котором отсутствует проскальзывание. Путь, проходимый точкой дуги сечения ролика в единицу времени равен: S pn = ω p [rpo ± (l − l po )tgϑ p ] (4) Определим угол, соответствующий длине дуги опорного конуса, которая равна пути, вычисленному из равенства (3) при l = l po . ϕk = ω p ⋅ rpo rko = ω p (rрн ± l po ⋅ tgϑ p ) rkн m l po ⋅ tgϑk Во всех остальных сечениях длина дуги опорного конуса, соответствующая углу ϕ k определится из выражения: S kn = ϕ k ⋅ [rko m (l − l po ) ⋅ tgϑk ] (5) Очевидно, величина смещения между поверхностями ролика и опорным конусом в единицу времени равна разности: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ №5, 2010 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ S kp = S pn − S kn 21 (6) Вычислим эту разность для обратного и прямого конусов: S kpo = (ω po ⋅ tgϑ p + ϕ ko ⋅ tgϑko )(l − l po ) (7) S kpn = −(ω pn ⋅ tgϑ p + ϕ kn ⋅ tgϑkn )(l − l po ) Откуда видно, что смещение поверхно- уменьшает износ боковых пазов гнезда се- сти ролика относительно поверхности де- паратора, а при прямом расположении – тали, вызванное проскальзыванием для противоположно вращению ролика и пре- прямого и обратного расположения ролика пятствует его вращению. относительно опорного конуса направлены Список литературы в разные стороны, причем для обратного 1. Отений Я.Н. Технологическое обеспече- расположения ролика смещение положи- ние качества поверхности и производительно- тельное, направлено в сторону вращения сти обработки ППД роликами. Дис. к.т.н. – Ка- ролика, способствует его вращению и раганда, 1988. – 202 с EFFECT OF ROLLERS POSITION IN GROOVING OF ROTATING INSTRUMENT CAGE FOR SURFACE PLASTIC DEFORMATION ON WEAR Oteniy Y.N., Vinogradov V.V., Shchegolev N.G. Kamyshin technological institute (branch) of the state educational establishment of higher professional education «Volgograd state technical university» This work analyzes the effect of rollers position in the grooving of the instrument cage for surface plastic deformation on the cage wear. The authors investigate differences in working conditions of rigid burnisher and permanent force instrument. It has been shown in the article that arising friction forces between the roller and cage side in the permanent force instrument are directed to the same route with the deforming force which stabilizes rollers position and decreases cage wear. Keywords: surface plastic deformation, instrument, wear. СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ №5, 2010
