Дорнование глубоких отверстий малого диаметра (стр. 4 )

Силы трения толкателя о стенки отверстия также весьма малы по сравнению со сжимающей силой и ими вполне можно пренебречь при оценке энергетических затрат на дорнование отверстия.

Выполним оценку напряжений, возникающих в толкателе. Напряжения от изгиба толкателя на его наружной поверхности составляют

, (3.19)

где Mи – изгибающий момент; W – момент сопротивления толкателя.

Изгибающий момент можно определить, зная кривизну толкателя в расчетном сечении, по формуле

, (3.20)

где – кривизна толкателя.

Кривизна приближенно определяется как вторая производная функции у = j(х), которая имеет вид (3.15). Следовательно, можно записать

. (3.21)

Максимальное значение кривизны толкателя будет при , т. е. при

. (3.22)

Учитывая соотношения (3.10), (3.19), (3.20) и (3.22), получим

. (3.23)

Напряжение сжатия в толкателе будет

, (3.24)

где – площадь поперечного сечения толкателя.

Наибольшее суммарное напряжение в толкателе

. (3.25)

В табл. 3.1 и 3.2 приведены результаты расчетов напряжений изгиба и сжатия в толкателях, выполненных по формулам (3.23) и (3.24) для случаев одноциклового дорнования отверстий различного диаметра и глубины в заготовках с D/d ≥3  из стали 45 (НВ = 1900МПа и НВ = 3200МПа).

Таблица 3.1

Влияние сжимающей силы, диаметра и длины толкателя на
возникающие в нем напряжения (S = 0,1 мм)

*НВ = 3200 МПа

Расчет выполнен для постоянного зазора между толкателем и обрабатываемым отверстием S = 0,1 мм (табл. 3.1) и постоянного относительного зазора (табл. 3.2). Усилия дорнования для заготовок с НВ = 1900 МПа были приняты по данным экспериментов, проведенных твердосплавными прошивками из сплава ВК8 с углами рабочего и обратного конусов 6° и шириной ленточки 2 мм при использовании в качестве смазочного материала жидкости на масляной основе МР-7. Усилия дорнования для заготовок с НВ = 3200 МПа для таких же условий были рассчитаны по эмпирической формуле, приведенной в работе [28].

Как видно из табл.3.1 и 3.2, значительными являются напряжения сжатия в толкателях; напряжения изгиба невелики и при оценке прочности толкателя ими в большинстве случаев можно пренебречь.

Таблица 3.2

Влияние сжимающей силы, диаметра и длины толкателя на
возникающие в нем напряжения (S = 0,1d)

*НВ = 3200 МПа

Для обеспечения прочности толкатели необходимо изготавливать из закаленных сталей: У10А, У12А, предел прочности на сжатие (sсж) которых составляет 3500 МПа, а предел прочности на изгиб (sиз) – 2800 МПа; 9ХС и ХВГ (sсж=3800 МПа, sиз=3000 МПа); Р6М5 (sсж=4000 МПа, sиз=3300 МПа). При этом напряжения в толкателях в целом могут быть значительно выше тех, которые указаны в табл. 3.1 и 3.2.

Таким образом, по условию прочности толкателя, как показывают расчеты, можно успешно осуществлять дорнование весьма глубоких отверстий малого диаметра в заготовках из конструкционных углеродистых и малолегированных сталей в отожженном или нормализованном состоянии.

3.2.2. Экспериментальное исследование механического поведения технологических систем

Деформации толкателя прошивки, реакции стенок отверстия и призматических направляющих могут заметно отличаться от расчетных вследствие: а) практически неизбежной начальной пространственной изогнутости осей толкателя и отверстия; б) различия в условиях закрепления толкателя по концам; в) наличия сил трения на контактах толкателя с направляющими и со стенками отверстия. Например, если начальный прогиб толкателя превысит величину зазора между ним и отверстием заготовки (направляющими), то уже после установки толкателя в отверстие он будет контактировать с ним в нескольких точках. Следует также отметить, что формулы (3.16) и (3.17) для определения реакции стенок отверстия справедливы лишь для определенных диапазонов сжимающей силы, когда изогнутая ось толкателя близка к синусоиде. Поэтому для проверки результатов расчетов и уточнения закономерностей деформаций (прогибов) толкателя и его взаимодействия с направляющими и заготовкой значительный интерес представляют их экспериментальные исследования.

Измерение деформаций толкателя малого диаметра, размещенного с небольшим зазором в глубоком цилиндрическом отверстии, представляет значительные трудности. В связи с этим ограничились измерением прогибов толкателя, установленного с зазором в призматические направляющие. Конечно, поведение толкателя в призматических направляющих (квадратном отверстии) может несколько отличаться от его поведения в цилиндрическом отверстии. Так, очевидно, что максимальные значения прогибов толкателя в квадратном отверстии зависят от плоскости его изгиба и могут изменяться в раз. Если изгиб будет происходить в диагональной плоскости, то точки контакта толкателя со стенками отверстия будут располагаться в двух плоскостях, параллельных диагональной плоскости. Однако, в целом эти различия можно отнести к второстепенным.

Эксперименты проводили с помощью устройства, показанного на рис. 3.10. Оно состоит из корпуса 1 с прикрепленным к нему винтами 2 брусом 3, имеющим прямоугольный призматический паз А (рис. 3.10, б и 3.10, в). К брусу 3 винтами 4 привернуты пластины 5, которые совместно с пазом А и образуют призматические направляющие для толкателя 6. На плоскостях бруса 3, к которым прилегают пластины 5, выполнены прямоугольные пазы Б (рис. 3.10, в), что позволяет измерять прогибы толкателя в проходящем свете на универсальном измерительном микроскопе. Для регулировки зазоров между толкателем и направляющими служат прокладки 7. Нагружение толкателя осевой сжимающей силой производится с помощью винта 8, расположенного в упругой (динамометрической) части корпуса 1, через шарик 9 и шток 10, для исключения поворотов которого служит винт 11. Величина сжимающей силы определяется по показаниям измерительной головки 12.

С помощью этого же устройства измеряли силу трения между толкателем и направляющими. Для этого винты 2 выворачивали, а брус 3 с помощью крючка 13 через пружинный динамометр (на рисунке не показан) вручную смещали относительно нагруженного осевой сжимающей силой толкателя на величину около 2 мм.

В экспериментах использовали толкатели из закаленной стали Р6М5 (HRCЭ 62…65) диаметром 2,05 мм и длиной 105 и 205 мм. Длина призматических направляющих при этом составляла 100 и 200 мм соответственно. Детали направляющих были изготовлены из стали 45 (НВ = 2000 МПа); отклонения их рабочих поверхностей от плоскостности не превышали 0,005 мм. Шероховатость поверхностей толкателей и направляющих соответственно была  » 0,32 мкм и  » 0,63 мкм. Зазоры между толкателями и направляющими были приняты равными 0,1 и 0,2 мм. Наибольшие начальные прогибы толкателя длиной 105 мм, измеренные в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, составляли 0,08 и 0,14 мм, а толкателя длиной 205 мм – 0,31 и 0,52 мм, т. е. наибольшие начальные прогибы толкателей были как больше, так и меньше зазора между ними и направляющими. Толкатель перед установкой в направляющие покрывали тонким слоем жидкости МР-7. Сжимающую силу изменяли от 0 до 5000 Н с шагом 500 Н. Прогибы толкателя измеряли в двух взаимно перпендикулярных плоскостях на микроскопе УИМ-21 с точностью 0,01 мм. Точность измерения сил трения составляла 2 Н.

С помощью описанного устройства были также измерены силы трения между толкателем длиной 205 мм и глубоким цилиндрическим отверстием диаметром 2,14 мм, которое было выполнено в цилиндрической заготовке из стали 40Х (НВ = 2200 МПа) с наружным диаметром 14 мм и длиной 200 мм. Глубокое отверстие получали сверлением специальным спиральным сверлом, а затем его подвергали дорнованию. После этого шероховатость поверхности глубокого отверстия соответствовала параметру » 0,5 мкм, а отклонение его оси от прямолинейности составляло около 0,1 мм. Перед установкой толкателя в глубокое отверстие его также покрывали жидкостью МР-7.

Анализ результатов измерения прогибов толкателей, часть которых показана на рис. 3.11 и 3.12, позволяет сделать следующее заключение. Деформации толкателей под действием осевой сжимающей силы носят сложный пространственный характер и в значительной степени предопределяются его начальной пространственной изогнутостью. С увеличением сжимающей силы и длины толкателя число полуволн на нем возрастает. Потеря устойчивости и переход к новым формам равновесия на различных участках толкателя происходит при различных сжимающих силах и по различным схемам.

Так, у толкателя длиной 105 мм (рис. 3.11, в и 3.11, д) участок (0…75) мм, имеющий небольшую начальную изогнутость, при Р = 1500Н теряет устойчивость и на нем возникает одна полуволна. Этот же участок при Р = 5000Н вновь теряет устойчивость (в другой плоскости) и из одной полуволны (рис. 3.11, з) образуются три полуволны (рис. 3.11, к).

У толкателя длиной 205 мм при Р = 500Н на участке (50…150) мм (рис. 3.12, б и 3.12, г) наблюдается просто увеличение начального локального прогиба до максимально возможного, равного зазору между толкателем и направляющими; на участке (0…80) мм, близком к прямолинейному (рис. 3.12, в), при Р = 1500Н происходит образование двух полуволн (рис. 3.12, д); на участке (150…200) мм, который также близок к прямолинейному (рис. 3.12, а, в, д), при Р = 2500Н формируется одна полуволна (рис. 3.12, ж). С увеличением сжимающей силы до 5000Н участок этого толкателя (0…80) мм снова теряет устойчивость
и переходит к другой, еще более сложной пространственной форме равновесия (рис. 3.12, з и 3.12, к).

Конечно, приведенные трактовки переходов пространственно изгибаемого толкателя с ростом сжимающей силы от одной формы равновесия к другой, основанные на представлениях о плоском изгибе, следует рассматривать как сугубо приближенные.

Эксперименты показали, что с увеличением зазора между толкателем и направляющими увеличиваются лишь прогибы толкателя; форма его сохраняется практически неизменной.

На рис. 3.13 приведены результаты исследования сил трения, возникающих между толкателями и призматическими направляющими. Видно, что сила трения возрастает с увеличением длины толкателя, величины зазора между толкателем и направляющими и сжимающей силы.

На рис. 3.14 показаны результаты измерения силы трения между толкателем и поверхностью глубокого отверстия. Как следует из рис. 3.13 и 3.14, возникающие силы трения при зазоре 0,1 мм не превышают 2% от величины сжимающей силы (усилия дорнования).

В целом, как показали эксперименты, деформации толкателей и их взаимодействие с призматическими направляющими и отверстием заготовки существенно отличаются от расчетных. Поэтому приведенную выше модель механического поведения цилиндрического толкателя, размещенного с зазором в цилиндрическом отверстии и нагруженного осевой сжимающей силой, можно использовать только для ориентировочных расчетов.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 7 8