Scientific journal
International Journal of Applied and fundamental research
ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,564

DETERMINATION OF CORNER UNIT WITH LONG ROLLER FEED WITH SELF-SERVE

Nikiforov N.I. 1 Lavrentiev A.M. 1 Moroz V.Y. 1
1 Docent of Kamyshin Technological Institute (branch) of Volgograd State Technical University
1143 KB
In the treatment of long non-rigid shafts and pipes is used the combined method of cutting and surface plastic deformation with self-serve. To improve the traction characteristics of the deforming part of the tool, when the amount is limited and the diameter of the rollers, and the deformation force (especially in the processing of thin-walled tubes) may use an elongated contact toward the feed rollers to the workpiece. The article shows that the elongated contact rollers and machined surface of the workpiece makes it possible to increase the transmission torque at the workpiece surface plastic deformation due to the increase of deformation at constant force created by contact stresses. On the basis of the scheme of the elongated contact with the workpiece deforming roller obtained according to the definition of length, width, area of contact, the rear and front angles of the introduction of an elongated roller.
surface plastic deformation
deforming roller
the angles of the roller

При обработке длинномерных нежестких валов и труб находит применение высокопроизводительный и эффективный метод совмещенного резания и обработки ППД роликами [4]. Для обеспечения совмещения резания и обкатывания в одном инструменте применяется самозатягивание создаваемое обкатником. Обкатник за счет фрикционного взаимодействия вращает и продольно перемещает обрабатываемую деталь. Для повышения тяговых характеристик обкатника, когда ограничено количество и диаметр роликов, а также сила деформирования (особенно при обработке тонкостенных труб) возможно применение удлиненного в сторону подачи контакта роликов с заготовкой. При таком контакте площадь контактной зоны увеличена и поэтому при одних и тех же создаваемых контактных напряжениях возможно увеличение силы деформирования и соответственно передаваемого крутящего момента роликами.

Высокая производительность инструмента, надежность его в эксплуатации, долговечность и стоимость его изготовления тесно связаны с формой деформирующих роликов. Почти все используемые в производстве конфигурации роликов обеспечивают каплеобразное пятно контакта. Например, в [1] приводится описание 8 групп роликов.

Наиболее широкое распространение получили конические ролики, ввиду возможности изготовления из стандартных подшипниковых роликов при сравнительно небольшой доработке (шлифовка торцов и закругление головки). Простота изготовления обеспечила роликам наибольшее распространение, хотя им свойственны и существенные недостатки.

Применение удлиненных роликов в конструкциях ротационного инструмента [3] позволяет одновременно с исправлением формы обеспечивать также и обработку ППД. Особенности применения, установки роликов с удлиненным контактом для обработки только ППД практически не описаны.

Важнейшей характеристикой инструмента для ППД является задний угол ролика α, т. е. угол между образующей сглаживающего участка ролика и касательной к обрабатываемой поверхности. Величина угла α определяет форму и площадь каплевидного отпечатка, которые выбираются в зависимости от марки обрабатываемого материала, радиальной жесткости изделия, способов и шероховатости предварительной обработки.

Для каплевидной формы пятна контакта характерно неравномерное распределение давления по поверхности контакта ролика с обрабатываемой деталью. Контактное давление постепенно уменьшается по направлению к хвосту капли, поэтому материал не течет в направлении, противоположном подаче, а задняя кромка ролика не имеет контакта с обкатанной поверхностью.

Изучение влияния заднего угла на шероховатость поверхности показывает [1,2], что минимально достигаемая шероховатость соответствует вполне определенной величине α (Рис. 1). Для стабильного достижения шероховатости Ra 0,16...0,04мкм при обкатывании стали рекомендуется угол α устанавливать в пределах от 0°30’ до 0°40’ [1]. Увеличение или уменьшение угла α вызывает заметное ухудшение шероховатости. Влияние заднего угла на шероховатость поверхности объясняется изменением удельной силы деформации на единицу площади пятна контакта ролика с обрабатываемой поверхностью. Кроме того, с увеличением угла α сопротивление перемещению металла в направлении, противоположном подаче, уменьшается, что приводит к его интенсивному течению в указанном направлении, образованию волнистости и ухудшению шероховатости.

Для обоснования возможности применения перекрещивающегося контакта определим углы внедрения обеспечиваемые при нем.

Для перекрещивающегося удлиненного контакта задний угол α это угол между образующей деформирующего ролика и касательной к эллипсу в точке выхода ролика из контакта (Рис. 1).

Рис. 1. Схема к определению геометрических параметров контакта при перекрещивающемся контакте ролика с деталью

missing image file

Координаты этой точки (Lк/2; Rд-hм). Уравнение касательной к эллипсу в этой точке согласно известным из математики формулам:

(1)

Угол наклона этой прямой может быть определен следующим образом. Тангенс этого угла равен производной этой функции от аргумента. Произведя преобразование (взяв производную) получим:

4_1.eps

откуда: (2)

где Lк - длина контакта; hм – наибольшая глубина внедрения ролика; Rд – радиус детали; ω – угол самоподачи (самозатягивания).

Для определения длины контакта (Lк) запишем уравнения эллипса описывающего поверхность заготовки в сечении (А-А) параллельном оси деформирующего ролика (3) и уравнение линии ролика контактирующей на наибольшей глубине внедрения с заготовкой (4).

откуда: (3)

(4)

Решая совместно эти уравнения получим координаты точек пересечения эллипса с прямой, а по ним определим длину контакта (Рис.2):

(5)

Численное решение для заднего угла внедрения по уравнению 2 представлено на Рис.3.

Согласно [1,2] при таких малых значениях не обеспечивается качества обработанной поверхности.

Рис.2. Зависимость длины контакта от наибольшей глубины внедрения деформирующего ролика при Rд =10мм, 1 – при ω=1,5º, 2 – при ω=3º, 3 – при ω=6º

Рис.3. Установка ролика с доворотом для обеспечения заднего угла внедрения

для формул1.eps
4_2.eps
missing image file
4_7.eps
4_6.eps
4_3.eps
4_4.eps
4_5.eps

Угол внедрения в направлении главного движения определяется из сечения Б-Б Рис.1. для формул9.eps (9)

где zм – полуширина контакта.

Полуширина контакта определяется путем совместного решения системы двух уравнений описывающих ролик и заготовку в сечении Б-Б (Рис.1). В первом приближении из-за небольшого угла наклона ролика (половина угла его конусности) сечение ролика можно принять за окружность:

(6)

Уравнение заготовки в этом сечении:

откуда:

(7)

5_1-2.eps
6_2.eps
6_1.eps

Совместное решение уравнений 6 и 7 дает выражение для полуширины контакта.

Так как вид контурной линии контакта представляет собой кривую эллисовидной формы, то для площадь контакта может быть определена по формуле:

6_3.eps

(8)

где Lк и zм – длина и полуширина контакта, определяемые по формулам 5, 6 и 7.