УДК 621.941-229.3/004.94

Исследование в системе «creo parametric 5.0» прочности и устойчивости при фрезеровании   заготовки детали «кожух», закрепленной в специальном приспособлении. Часть 1. Исходные конструкторские и технологические данные для проведения исследований

Белова Юлия Васильевна – студентка магистратуры Арзамасского политехнического института (филиал Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева)

Щеглетов Кирилл Алексеевич – студент магистратуры Арзамасского политехнического института (филиал Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева)

Нейлык Иван Олегович – студент магистратуры Арзамасского политехнического института (филиал Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева)

Платонов Александр Васильевич, доцент кафедры «Технология Машиностроения» Арзамасского политехнического института (филиал Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева)

Аннотация: Объектом исследований в данной статье является деталь «Кожух», используемая в тормозной системе колесной пары железнодорожного вагона. Материал заготовки детали (чугун СЧ18) имеет свои особенности, в том числе, меньшую, по сравнению с углеродистыми сталями, прочность. Технологические трудности механической обработки заготовок данной детали вызваны не достаточной жесткостью ее формы. Это обстоятельство, в свою очередь, требует должного подхода не только к назначению режимов механической обработки, но и к проектированию средств технологического оснащения. В рассматриваемом случае приведены особенности конструкции объекта исследования (деталь «Кожух»), технологические переходы механической обработки и технологическая схема механической обработки заготовки.  На рассматриваемую конструкцию фрезерного зажимного приспособления в сборе с обрабатываемой заготовкой действует система сил резания и закрепления, рассчитанных ранее на стадиях разработки технологического процесса и проектирования приспособления.

Ключевые слова: конструкция детали, материал заготовки, прочность материала заготовки, механическая обработка, режимы механической обработки, схема механической обработки, станочное приспособление.

Исследование конструкций приспособлений с использованием численных методов позволяет на стадии проектирования выявить «слабые» звенья конструкции, определить степень запаса прочности и, при необходимости, оптимизировать приспособление по конструктивным параметрам.

Например, в статье [1] в качестве объекта исследования рассматривалась геометрическая модель приспособления токарного станка  «разжимная оправка» в комплекте с обрабатываемой заготовкой. Проведению исследований предшествовал анализ конструкции детали и технологического процесса ее изготовления. Конструкция базовой детали «Корпус обгонной муфты» имеет форму тела вращения с центральным отверстием, сложную конфигурацию наружной поверхности с отверстиями, оси которых параллельны оси центрального отверстия и с цилиндрическими наружными поверхностями.

Рисунок 1. Схема базирования и закрепления заготовки детали «Корпус обгонной муфты» с размерами, получаемыми при токарной обработке.

Материал детали сталь 45 ГОСТ 4543-2016. Далее производился анализ сил резания, усилий при закреплении и схемы базирования. Базирование конструкции «Разжимная оправка-заготовка» производится по торцу фланцевой части корпуса, имитируя его установку на шпинделе токарного станка. При зажиме заготовки назначаются прикладываемые к заготовке наибольшие силы резания.

Рисунок 2. Разжимная оправка для токарной обработки: а) сборочный чертеж разжимной оправки с закрепленной заготовкой, б) геометрическая 3D модель разжимной оправки в сборе с обрабатываемой деталью.

В статье [2] приводятся исследования конечно-элементной модели заготовки детали «Губка неподвижная», закрепленной в зажимном приспособлении и подвергающейся механической обработке, с целью определения зависимости ее геометрической точности и прочностных характеристик от силовых воздействий инструмента. Также, как в работе [1], в данной статье приведено описание конструкции детали. Базовая деталь   «Губка неподвижная» имеет сложную конфигурацию, материал литой заготовки чугун марки СЧ20 ГОСТ 1412-85 с наличием упрочненного поверхностного слоя. 3D модель исследуемой заготовки, закрепленной в приспособлении, приведена на рисунке 3.

Рисунок 3. Геометрическая 3D модель приспособления в сборе с обрабатываемой заготовкой.

Исследуются переходы механической обработки с наибольшими нагрузками на операциях: сверление двух цилиндрических отверстий под резьбу М8 (переход № 1) и фрезерование боковой площадки губки (переход № 9). Там же, в качестве объективного представления исходных данных для имитационного моделирования, представлена таблица с режимами обработки заготовки детали на станке с ЧПУ.

Таблица 1. Сравнительная таблица режимов резания на комбинированной операции.

Переход	t, мм	Sz, мм/об/ S, мм/об	n, об/мин	V, м/мин	Pz, Н/ PO, Н	МКР, Н×м	N, кВт	SM, мм/мин	Т, мин
1	38,6	0,18/	190	23,86	534,61/	106,92	0,21	205,2	0,7406
2	17	0,1/	550	34,54	156,97/	15,70	0,09	165	0,8841
3	38,6	0,13/	200	25,12	422,94/	84,59	0,17	156	0,8354
4	25	0,11/	250	25,12	208,48/	33,36	0,09	110	1,2703
5	3,6	0,5/	400	79,13	69,07/	21,76	0,09	800	0,1364
6	25	0,12/	315	31,65	166,47/	26,63	0,09	113,4	0,7889
7	13	0,08/	400	15,07	274,47/	16,47	0,07	160	0,3144
8	2,5	0,25	3600	56,52	/1056,41	1,4	0,52	900	0,0207
9	3,35	/0,22	2500	53,38	/1388,17	2,50	0,64	550	0,1200
10	0,676	/1,25	190	4,77	-	5,01	0,98	237,5	0,2142

 Деталь «Кожух» является составной частью тормозного механизма, используемого на колесных парах железнодорожных вагонов, относится к корпусным деталям и выполняет защитную функцию. Конструктивно деталь представляет собой полый цилиндр с габаритными размерами Ø130×135 мм, на наружной поверхности которого имеются четыре пластика. Включает в себя внешние и внутренние цилиндрические поверхности, торцы, фаски, пазы и отверстия, канавки (рисунок 1). Все рабочие внутренние и наружные поверхности выполнены в пределах с 10 по 14 квалитет. В целом геометрическая форма и размеры детали не вызывают значительных трудностей для обработки на металлорежущих станках.

Материалом детали является чугун марки СЧ18 [3] ГОСТ 1412-85. Данная марка относится к ферритно-перлитным чугунам, имеющим в своей структуре феррит, перлит и пластинчатый графит. В технологическом процессе в качестве заготовки для детали «Кожух» используется отливка в песчаные формы [4]. Выбранный способ литья экономически выгоден, так как имеет достаточно высокий коэффициент использования материала [5].

Рисунок 4. 3D-модель детали «Кожух», два вида, изображающих взаимно-противоположные стороны объекта.

Особый интерес составляет программно-комбинированная операция, включающая в себя следующие переходы:

1. Фрезеровать три поверхности, выдерживая размеры 62±0,5 мм, 36±0,5 мм.
2. Фрезеровать поверхность, выдерживая размеры 62±0,5 мм, 36±0,5 мм.
3. Фрезеровать паз 17^+0,43 мм выдерживая размеры 66^+0,74 мм, 35^+0,62 мм.
4. Центровать 6 отверстий Ø9,2^+0,15 мм.
5. Центровать 3 отверстия Ø12^+0,43 мм.
6. Центровать отверстие под резьбу М16–7Н.
7. Сверлить 6 отверстий Ø9,2^+0,15 мм на глубину 21^+0,43 мм.
8. Сверлить 3 отверстия Ø12^+0,43 мм на глубину 12^+0,43 мм.
9. Сверлить отверстие Ø13,9^+0,4 мм на глубину 12^+0,43 мм.
10. Зенковать фаску 2,5×45°.
11. Нарезать резьбу М16–7Н.
12. Повернуть стол на 90°.
13. Фрезеровать рифления, выдерживая размеры 1±0,14 мм, 0,87±0,14 мм, 83,5±0,5 мм и угол ∠60°±1°.

Технологическая схема обработки заготовки на данной операции представлена на рисунке 2 [6].

Для данной операции спроектировано специальное фрезерное зажимное приспособление [7]. На рассматриваемую конструкцию приспособления с обрабатываемой заготовкой действует система сил резания и закрепления, рассчитанных ранее на стадиях проектирования. Схема усилий, возникающих при обработке заготовки в приспособлении, представлена на рисунке 5.

 

Рисунок 5. Эскиз обработки заготовки на программно-комбинированной операции.

 

                                                                         

а)                                                                                           б)

Рисунок 6. Схема усилий при обработке заготовки и её модель: а) схема усилий, прикладываемых к исследуемой заготовке; б) геометрическая 3D–модель обрабатываемой заготовки.

Заключение

1. В статье представлены исходные данные, для последующего расчета приспособления с закрепленной в нем заготовкой, с использованием метода численного моделирования.
2. Вторая часть статьи будет содержать материалы исследований комплекта «Заготовка-деталь» на предмет его прочности и устойчивости от воздействий сил резания и усилий зажима в приспособлении.

Список литературы

1. Платонов А. В., Ямпурин Н.П., Куманеев М. А., Янкавцева Н. А., Щеглетов К. А., Коршунов Е. С. Методика имитационного моделирования при исследовании конструкции приспособления «разжимная оправка» токарного станка» с целью оптимизации ее конструктивных параметров и повышения технологических возможностей. Часть 1 – Методика имитационного моделирования при оптимизации конструктивных параметров «разжимной оправки» токарного станка // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением: научно-технический и производственный журнал. №1-2021, С. 8-13.
2. Платонов А. В., Куманеев М. А., Ямпурин Н.П., Старостина О.Н., Звонарев Г.В., Щеглетов К. А., Коршунов Е.С. Имитационное моделирование воздействия обработки на станке с ЧПУ на заготовку и приспособление // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением: научно-технический и производственный журнал. № 3-2021, С. 34-41.
3. ГОСТ 1412-85 (СТ СЭВ 4560-84). Чугун с пластинчатым графитом для отливок. Марки. М.: Государственный комитет СССР по стандартам. ИПК Издательство стандартов, 2004.
4. Знаменский Л.Г., Ивочкина О.В. Теоретические основы литья в песчаные формы: учеб. пособие / Инфра-Инженерия. М.:, 2023. 156 с..
5. Экономическая эффективность производства литья в песчаные формы. URL. https://studfile.net/preview/4593899/page:4/.
6. ГОСТ 3.1404-86 Межгосударственный стандарт, Единая система технологической документации формы и правила оформления документов на технологические процессы и операции обработки резанием .М: ИПК ИЗДАТЕЛЬСТВО СТАНДАРТОВ, 2003.
7. Проектирование и расчет станочных и контрольно-измерительных приспособлений в курсовых и дипломных проектах: учеб. пособие / И.Н.Аверьянов, А.Н. Болотеин, М.А. Прокофьев; - Рыбинск: РГАТА, 2010. – 220 с. ил.