Определение размеров заготовок под накатывание наружной конической резьбы
Киричек А.В.
Афонин А.Н.
Должиков Д.А.
Предложена аналитическая методика определения номинальных размеров заготовок под накатывание наружных конических треугольных резьб и полей допусков на них. Даны рекомендации по определению номинальных размеров и нормированию точности заготовок под накатывание резьб нефтяного сортамента.
The analytical technique of definition of the nominal dimensions of workpieces under a rolling of external conic triangular threads and fields of tolerances on them is offered. Recommendations by definition of the nominal dimensions and normalization of exactitude of workpieces under a rolling of threads of an oil assortment are given.
Конические резьбы нашли широкое применение в народном хозяйстве. В качестве примера их использования можно привести резьбы нефтяного сортамента, в частности резьбовые соединения труб насосно-компрессорных по ГОСТ 633-80. В связи с этим, проблема повышения эффективности технологии изготовления конических резьб является весьма актуальной для отечественной промышленности.
Одним из наиболее прогрессивных способов резьбоформообразования, обеспечивающим высокую производительность при высоком качестве получаемой резьбы [2, 3], является обработка пластическим деформированием - накатывание.
Однако, накатывание конических резьб имеет в настоящее время весьма ограниченную область применения. Важнейшей причиной данных ограничений является недостаточная изученность данного технологического процесса. В частности, на сегодняшний день отсутствуют научно обоснованные рекомендации по выбору размеров заготовки под накатывание конической резьбы.
Поскольку накатыванием в настоящее время получают только треугольные конические резьбы, рассмотрим случай накатывания треугольных наружных конических резьб с симметричным расположением поля допуска относительно номинального размера.
Для случая накатывания наружных цилиндрических треугольных резьб известна аналитическая формула [3] для расчета диаметра заготовки под накатывание, основанная на принципе равенства объемов металла до и после деформирования:
, (1)
где d - наружный диаметр резьбы;
d1 - внутренний диаметр резьбы;
d2 - средний диаметр резьбы;
P - шаг резьбы;
- угол профиля резьбы.
С учетом допуска на изготовление резьбы максимальный и минимальный диаметр заготовки под накатывание определятся по формулам [3]
,(2)
, (3)
Формулы (1-3) не учитывают механических свойств материала заготовки, в связи с чем рассчитанные по ним диаметры требуют экспериментальной коррекции. Однако, из всех существующих аналитических формул для расчета диаметра заготовок под накатывание наружной треугольной резьбы они являются наиболее точными [2, 3]. Для определения диаметра заготовок под накатывание резьб с более сложным профилем используются численные методы [1, 2].
Для случая накатывания конических резьб задача определения размеров заготовки является более сложной. В данном случае, помимо номинального и предельных диаметров dт max и dт min торца заготовки (рис. 1) необходимо также установить величину полей допусков на диаметр цилиндрической части заготовки Tdd, длину конической части TdL и угол конуса поверхности под накатывание Td.
Рисунок. 1. - Схема расположения полей допусков на размеры заготовки под накатывание наружных конических резьб
Поскольку величина угла конуса для распространенных видов конических резьб не превышает 5, влияние конусообразности резьбы на объемы деформируемого металла незначительно и для расчета номинального диаметра торца заготовки можно воспользоваться формулой, аналогичной (1)
, (4)
где dрт - наружный диаметр резьбы на торце детали;
d1т - внутренний диаметр резьбы на торце детали;
d2т - средний диаметр резьбы на торце детали.
График зависимости номинального диаметра торца заготовок под накатывание наружных треугольных резьб нефтяного сортамента от наружного диаметра резьбы на торце приведен на рис. 2. Из графика видно, что зависимость имеет характер близкий к прямо пропорциональному.
Рисунок. 2. - Зависимость номинального диаметра торца заготовок под накатывание наружных треугольных резьб нефтяного сортамента от наружного диаметра резьбы по торцу
Номинальный диаметр цилиндрической части заготовки d как правило определяется из конструктивных соображений и не относится к расчетным размерам заготовки.
Номинальную длину конической части заготовки под накатывание резьбы можно рассчитать по формуле
, (5)
где - угол конуса резьбы.
Для расчета предельных размеров торца заготовки в зависимости от предельных размеров накатываемой резьбы на торце детали можно воспользоваться формулами, аналогичными (2) и (3)
(6)
, (7)
Величина поля допуска на диаметр торца заготовки
. (8)
В свою очередь, зависимость предельных размеров торца заготовки от полей допусков на диаметр цилиндрической части заготовки, длину конической части и угол конуса резьбы в соответствии с размерными цепями, приведенными на рис. 1, выразится формулами
, (9)
. (10)
Приравняв величину поля допуска, подсчитанного с использованием предельных размеров, определяемых по формулам (6) и (7), к величине поля допуска, подсчитанного с использованием предельных размеров, определяемых по формулам (9) и (10), получим уравнение, связывающие поля допусков на диаметр цилиндрической части заготовки, длину конической части и угол конуса поверхности под накатывание с предельными размерами накатываемой резьбы на торце.
. (11)
График зависимости поля допуска на диаметр цилиндрической части заготовки при накатывании наружной резьбы по ГОСТ 633-80 на детали «Переводник ПВ 73/60», полученный из уравнения (11), приведен на рис. 3.
Рисунок. 3. - Зависимость поля допуска на диаметр цилиндрической части заготовки при накатывании наружной резьбы по ГОСТ 633-80 на детали «Переводник ПВ 73/60» от полей допусков на длину конической части и угол конуса
накатывание наружный конический резьба
Из графика следует, что наибольшее влияние на точность заготовки оказывает величина поля допуска на угол конуса. При этом, величина поля допуска на угол конуса при накатывании резьб нефтяного сортамента не может превышать 30…40', поскольку отрицательная величина полей допусков невозможна. Влияние величины поля допуска на длину конической части на точность заготовки невелико.
При увеличении допуска на диаметр цилиндрической части заготовки в «минус», допуски на угол конуса и на длину конической части заготовки требуется ужесточить также в «минус» и наоборот. При увеличении допуска на длину конической части заготовки в «минус», допуск на угол конуса требуется ужесточить в «плюс», а допуск на диаметр цилиндрической части заготовки в «минус» и наоборот. При увеличении допуска на угол конуса в «минус» допуск на диаметр цилиндрической части заготовки требуется ужесточить в «минус», а допуск на длину конической части заготовки в «плюс» и наоборот.
Для резьб с несимметричным расположением поля допуска относительно номинального размера расчет предельных размеров заготовки под накатывание резьбы также производится по формулам (6), (7) и (11).
Назначение конкретных значений размеров заготовки и допусков на них должно производиться исходя из технологических возможностей применяемого оборудования с учетом приведенных выше зависимостей. Полученные расчетные размеры должны корректироваться экспериментально, путем пробного накатывания резьбы на ступенчатой заготовке [2].
Литература
1. Киричек А.В., Афонин А.Н. Определение диаметра заготовок под накатывание резьбы с помощью систем 3D моделирования // СТИН, 2005, №6. - С. 28-30.
2. Киричек А.В., Афонин А.Н. Резьбонакатывание. Библиотека технолога. М.: Машиностроение, 2009. - 312 с.
3. Накатывание резьб, червяков, шлицев и зубьев / В.В. Лапин, М.И. Писаревский, В.В. Самсонов, Ю.И. Сизов. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1986. - 228 с.