Моделирование методом конечных элементов для определения напряженно-деформированного состояния в сменных многогранных пластинах червячной фрезы

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. Инструментальная оснастка играет важную роль в работе машиностроительных предприятий. Наиболее важным в оснащении металлорежущего инструмента является замена режущей части из группы быстрорежущих сталей на режущую часть, изготовленную из твердого сплава, которая, в свою очередь, дает повышение стойкости и общей работоспособности режущего инструмента. Когда режущая способность материала инструмента увеличивается, взаимозаменяемость падает. Важным является всесторонний исследовательский подход, который учитывает проектирование инструмента, использующего твердый WC–Co. Проектирование, изготовление и испытание зубчатых режущих инструментов, отработка режимов резания должны проводиться в отношении конкретной обрабатываемой детали и ее материала. При разработке такого типа инструмента необходимо учитывать особенности сплава WC–Co как режущего материала, режимы резания, разрушение инструмента и другие моменты, связанные с его использованием. Цель работы: изучить влияние геометрии сменной многогранной пластины на распределение опасных напряжений растяжений. В работе исследованы результаты расчета напряженного деформированного состояния в сменной пластине из материала WC–Co. Зоны растяжения и сжатия наблюдаются на основной режущей кромке. Концентрация опасных растягивающих напряжений расположена в переходной зоне между прямой боковой режущей кромкой к вершине, так как именно в этой зоне имеется наибольшая стесненность резания. Соответственно наибольшее разрушение произойдет в этой зоне. Важно то, что в этой части режущей кромки будет происходить самый большой износ по задней поверхности. Методами исследования являются применение программы конечноэлементного анализа ANSYS для выявления опасных напряжений растяжения s1. Результаты и обсуждение. Анализ изолиний распределения напряжений показал, что растягивающие напряжения вдоль передней поверхности сменной режущей пластины уменьшаются из-за того, что каждая сменная режущая пластина срезает свою часть материала. Первой в работу вступает зауженная режущая пластина, которая срезает металл верхней частью режущей пластины, а затем работает заниженная режущая пластина, которая работает боковыми режущими кромками. В результате проведенных исследований было установлено, что с применением прогрессивной схемы резания по сравнению со стандартной схемой, у которой исходный профиль производящей рейки изготовлен по DIN3972 при зубофрезеровании, существенно снижаются опасные напряжения растяжения в режущих твердосплавных пластинах.

Об авторах

Д. С. Василега

Email: d_vasilega@mail.ru
кандидат технических наук, доцент, Тюменский индустриальный университет, ул. Володарского, 38, г. Тюмень, 625000, Россия, d_vasilega@mail.ru

В. В. Киреев

Email: kireevvv@tyuiu.ru
кандидат технических наук, доцент, Тюменский индустриальный университет, ул. Володарского, 38, г. Тюмень, 625000, Россия, kireevvv@tyuiu.ru

В. А. Зырянов

Email: zyrjanovva@tyuiu.ru
аспирант, Тюменский индустриальный университет, ул. Володарского, 38, г. Тюмень, 625000, Россия, zyrjanovva@tyuiu.ru

Список литературы

  1. Смирнов Н.Н. Зубофрезерование многозаходными червячными фрезами с различными схемами резания: автореф. дис. … канд. техн. наук. – Киев, 1982.
  2. Ничков A.Г., Шунаев Б.К. Влияние схемы резания при зубофрезеровании на износ зубьев червячной фрезы // Тезисы докладов Второй научно-технической конференции Уральского политехнического института. – Свердловск, 1968.
  3. Артамонов Е.В. Прочность и работоспособность сменных твердосплавных пластин сборных режущих инструментов / Тюменский государственный нефтегазовый университет. – Тюмень: Вектор Бук, 2003. – 192 с.
  4. Артамонов Е.В., Костив В.М. Инструментальные твердые сплавы и их влияние на работоспособность металлорежущих инструментов: учебное пособие. – Тюмень: ТюмГНГУ, 1998. – 136 с.
  5. Ничков А.Г. Основы комплексного исследования процесса зубофрезерования и оптимизации его конструктивных и технологических параметров в простых и комбинированных схемах нарезания зубчатых колес червячными фрезами: дис. … д-ра техн. наук. – Тула, 1991.
  6. Ничков A.Г. Стойкость червячной фрезы в зависимости от схемы резания // Передовой научно-производственный опыт резания металлов: тезисы докладов конференции. – Свердловск, 1971. – С. 29–33.
  7. Медведицков С.Н. Высокопроизводительное зубонарезание фрезами. – М.: Машиностроение, 1981. – 106 с.
  8. Ничков А.Г., Мартыненко В.А., Лоскутов В.В. Повышение стойкости червячных фрез за счет выбора рациональных параметров зубофрезерования // Проблемы совершенствования малогабаритных зубофрезерных станков: материалы конференции. – Вильнюс, 1975. – С. 129–138.
  9. Zhonghe Y, Zhaohui L, Smith M.R. Mechanisms and machine theory. – Beijing, China: High Education Press, 2001.
  10. Шунаев Б.К., Петрова С.П. Комбинированные схемы фрезерования зубчатых колес с радиальным врезанием червячной фрезы // Прогрессивные конструкции и методы обработки в инструментальном производстве. – Пермь, 1975.
  11. Скребнев Г.Г. Определение условий рационального применения твердосплавных зуборезных фрез и возможности повышения ими производительности процесса зубофрезерования: автореф. дис. … канд. техн. наук. – Волгоград, 1995.
  12. A gear cutting predictive model using the finite element method / W. Liu, D. Ren, S. Usui, J. Wadell, T.D. Marusich // Procedia CIRP. – 2013. – Vol. 8. – P. 51–56.
  13. Egorov S.B., Kapitanov A.V., Loktev D.A. Modern methods and technological solutions for effective processing of gear wheels // Materials Science Forum. – 2016. – Vol. 870. – P. 397–403. – doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/MSF.870.397' target='_blank'>www.scientific.net/MSF.870.397.
  14. Выбор оптимального процесса обработки зубчатых колес / И.В. Pубан, З.А. Годжаев, В.М. Pубан, С.Д. Зайцев // Вестник машиностроения. – 2008. – № 7. – С. 40–41.
  15. Artamonov E.V., Vasil’;ev D.V. Determining the optimal cutting speed in turning by composite cutters on the basis of the chip // Russian Engineering Research. – 2014. – Vol. 34 (6). – P. 404–405.
  16. Artamonov E.V., Kireev V.V. Effectiveness of cutting by hods with replaceable hard-alloy plates // Russian Engineering Research. – 2014. – Vol. 37 (7). – P. 473–474.
  17. Artamonov E.V., Vasilega D.S., Tveryakov A.M., Determining the maximum-performance temperature of hard-alloy cutting plates // Russian Engineering Research. – 2014. – Vol. 34 (6). – P. 402–403.
  18. Gear hobbing: a contribution to analogy testing and its wear mechanisms / S. Steina, M. Lechthalera, S. Krassnitzera, K. Albrechta, A. Schindlerb, M. Arndta // Procedia CIRP. – 2012. – Vol. 1 (1). – P. 220–225.
  19. Tokawa T., Nishimura Y., Nakamura Y. High productivity dry hobbing system // Mitsubishi Heavy Industries. Technical Review. – 2001. – Vol. 38, N 1. – P. 27–31.
  20. Обработка зубчатых колес: повышение производительности и качества / Н.А. Курочкин, Б.М. Солоницын, О.В. Таратынов, В.В. Клепиков // Грузовик. – 2005. – № 3. – С. 28–31.
  21. High performance gear hobbing with powder-metallurgical high-speed-steel / B. Karpuschewski, H.-J. Knoche, M. Hipke, M. Beutner // Procedia CIRP. – 2012. – Vol. 1 (1). – P. 196–201.
  22. Папшева Н.Д., Акушская О.М. Повышение эффективности процесса нарезания зубчатых колес // Инженерный вестник Дона. – 2015. – № 2, ч. 2. – С. 54.
  23. Канатников Н.В., Харламов Г.А. Повышение эффективности обработки прямозубых конических зубчатых колес // Наукоемкие технологии в машиностроении. – 2015. – № 3. – С. 8–16.
  24. A review of new strategies for gear production / G. Hyatt, M. Piber, N. Chaphalkar, O. Kleinhenz, M. Mori // Procedia CIRP. – 2014. – Vol. 14. – P. 72–76.
  25. Xu S., Zhang Y. The finite element modeling and analysis of involute spur gear // Advanced Materials Research. – 2012. – Vol. 516–517. – P. 673–677.
  26. Bahattin K. Analysis of spur gears by coupling finite and boundary element methods // Mechanics Based Design of Structures and Machines. – 2006. – Vol. 34, iss. 3. – P. 307–324.
  27. Forte P., Paoli A., Razionale A.V. A CAE approach for the stress analysis of gear models by 3D digital photoelasticity // International Journal of Interactive Design and Manufacturing. – 2015. – Vol. 9, iss. 1. – P. 31–43.
  28. Sun Q., Sun Y., Li L. Strength analysis and tooth shape optimization for involute gear with a few teeth // Advances in Mechanical Engineering. – 2018. – Vol. 10, iss. 1/ – doi: 10.1177/1687814017751957.
  29. Miklos I.Z., Miklos C., Alic C.I. Finite element analysis of cylindrical gear with mechanical event simulation // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2018. – Vol. 393. – P.  012046. – doi: 10.1088/1757-899X/393/1/012046.
  30. Современные технологические подходы при изготовлении цилиндрических зубчатых колес в условиях мелкосерийного производства и особенности расчета и проектирования зуборезного инструмента / В.П. Балков, Л.И. Каменецкий, А.С. Кирютин, Е.А. Негинский, О.С. Отт, Д.Н. Пищулин // Металлообработка. – 2015. – № 4 (88). – С. 2–6.
  31. Tsai S.-J., Ye S.-Y. A computerized approach for loaded tooth contact analysis of planetary gear drives considering relevant deformations // Mechanism and Machine Theory. – 2018. – Vol. 122. – P. 252–278. – doi: 10.1016/j.mechmachtheory.2017.12.026.
  32. Lyu Y., Chen Y., Lin Y. The design formulae for skew line gear wheel structures oriented to the additive manufacturing technology based on strength analysis // Mechanical Sciences. – 2017. – Vol. 8, iss. 2. – P. 369–383. – doi: 10.5194/ms-8-369-2017.
  33. Machinability improvement of gear hobbing via process simulation and tool wear predictions / X. Dong, C. Liao, Y.C. Shin, H.H. Zhang // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2016. – Vol. 86, iss. 9–12. – P. 2771–2779.
  34. Srinivasan N., Shunmugam M.S. Limiting conditions in gear shaping for corrected involute gears // International Journal of Machine Tool Design and Research. – 1983. –Vol. 23, iss. 4. – P. 227–235.
  35. Artamonov E.V., Kireev V.V. The compound hob for processing gearbox pinions used in hoist for well repairs // Applied Mechanics and Materials. – 2015. – Vol. 770. – P. 469–475.
  36. Artamonov E.V., Kireev V.V., Zyryanov V.A. Improving the efficiency of hobbing mills // Russian Engineering Research. – 2017. – Vol. 37, N 5. – P. 447–449. – doi: 10.3103/S1068798X17050057.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).