ОБОСНОВАНИЕ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ПРИСПОСОБЛЕНИЯ, ИСПОЛЬЗУЮЩЕГОСЯ ПРИ ЗАКРЕПЛЕНИИ ТОНКОСТЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ ТИПА ВАЛ

Глазков И.Д.

Магистрант, Омский государственный технический университет, г. Омск

ОБОСНОВАНИЕ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ПРИСПОСОБЛЕНИЯ, ИСПОЛЬЗУЮЩЕГОСЯ ПРИ ЗАКРЕПЛЕНИИ ТОНКОСТЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ ТИПА ВАЛ

Аннотация

В статье произведен анализ материалов, которые будут использованы при конструировании оправки с гидропластом, выбранной в качестве наиболее удобной для закрепления тонкостенных деталей типа вал. Анализ производился с целью выявить, какой материал отвечает заданным конструктивным требованиям для изготовления приспособления. В результате исследования автор приходит к выводу о возможности использования резиновой втулки в качестве упругого элемента оправки, что позволит компенсировать разность диаметров детали и оправки, исключая необратимые растяжения, появляющиеся при использовании в качестве разжимного элемента металлической втулки.

Ключевые слова: тонкостенные детали, закрепление, оправка, гидропласт, компенсация.

Glazkov I.D.

Master's Degree Student,

Omsk State Technical University, Omsk

SUBSTANTIATION OF MATERIALS FOR DEVICE USED AT FIXING OF THIN-WALL PARTS OF MOUND TYPE

Abstract

The paper analyzes materials that will be used in the construction of a drift with a PVC paste, chosen as the most suitable for fastening of thin-walled parts of a mound type. The analysis was carried out in order to determine which material meets the specified design requirements for the manufacture of a device. As a result of the research, the author comes to the conclusion that it is possible to use a rubber insert as an elastic element of the drift, which will compensate for the difference in the diameters of a part and a drift, excluding the irreversible stretch that appears when using a metal sleeve as the expansion element.

Keywords: thin-walled parts, fastening, drift, PVC paste, compensation.

Анализируя способы закрепления тонкостенных деталей при токарной обработке, было определено, что для наиболее технологичного закрепления детали Вал (рис. 1) следует рассмотреть два основных способа: использование оправки с гидропластом и приспособления для закрепления по торцам. Оправка с гидропластом позволит закрепить деталь по внутренней цилиндрической поверхности, распределив усилие зажима по всей поверхности контакта детали с оправкой в радиальном направлении. Также данная оправка позволит скомпенсировать разницу диаметра оправки с тонкой стенкой, которая составляет 3 мм на диаметр (рис. 1). Использование приспособления для закрепления по торцам на растяжение или сжатие позволит полностью устранить нагрузку на тонкую стенку, однако не позволит более точно откладывать длинновые размеры, из-за невозможности обработки торца детали. На основе этого был сделан вывод, что наиболее целесообразным способом закрепления будет применение оправки с гидропластом.

Рис. 1 – Вал

Типовая конструкция данного приспособления  представлена на рисунке 2 [4 С. 264].

Рис. 2 – Типовая конструкция оправки с использованием гидропласта применительно к детали «Вал»

Данное приспособление работает следующим образом. В полость (поз. 5) через отверстие под плунжер (поз. 6) заливается гидропластмасса, предварительно разогретая до температуры 120-150 градусов Цельсия. Охлаждается и усаживается. При необходимости добавляется некоторое количество. Далее вставляется плунжер, причем зазор между отверстием вала (поз. 2) и плунжером должен быть порядка 0,1-0,3 мм. Некоторые виды наполнителей могут просачиваться в зазор. Для предотвращения этого используют прокладки (поз. 8). После этого оправку устанавливают в патрон (поз. 1) и базируют на ней обрабатываемую деталь (поз. 3). Плунжер поджимается задним центром (поз. 7) с некоторым расчетным усилием, сжимая гидропласт в рабочей полости. Так как давление в жидкости передается в каждую точку одинаково, то под действием силы на плунжере гидропласт начнет разжимать рабочую полость. Упругая втулка (поз. 4) станет разжиматься и закрепит обрабатываемую деталь. Также вместо гидропласта могут использоваться масла.

При проектировании данного приспособления рассматривались следующие виды гидропласта (табл. 1) [4]:

Таблица 1 – Характеристики гидропласта различных марок

Свойства и состав гидропластов марки:	СМ	ДМ	МАТИ-1-4
Полихлорвиниловая смола марки М, %	20	10	20
Дибутилфталат (пластификатор)	78	88	59
Стеарат кальция (стабилизатор)	2	2	1
Вакуумное масло	-	-	20
Температура плавления,°С	140-150	120-130	150-160

Данные виды гидропласта не просачиваются в зазор 0,1 – 0,3 мм при давлениях доходящих до 3·10⁷ Па. В качестве замены гидропласта можно применять различные виды масел, но к ним необходимо подбирать надежные уплотнения. Масло имеет более текучую и жидкую структуру. Анализируя различные виды гидропласта, была выбрана марка ДМ, как универсальный гидропласт с наименьшей температурой плавления, что ускорит процесс разогрева и остывания, а также сохранит упругие свойства втулки и прочность соединения втулка-корпус.

В качестве материала втулки в типовых конструкциях оправки данного типа используются легированные стали. Их предел упругости 5·10⁸-7·10⁸  Па и модуль упругости 2·10¹¹ Па дают втулке небольшой ход от 0,015 до 0,25 мм. В данном случае такой материал втулки не позволит осуществить разжатие на 3 мм на диаметр. В качестве материала втулки рассматривались различные виды металлов и резины (табл. 2) [6], [7], [8]; (табл. 3) [1, С. 309].

Таблица 2 – Свойства металлов

Свойства металлов:	Легированная сталь	Алюминий	Свинец
Модуль упругости, Па	2·1011	0,7·1011	0,18·1011
Предел текучести, Па	5·108-8·108	0,4·108-4·108	0,7·108-0,8·108
Компенсируемый размер, мм	0,2	0,72	0,35

Таблица 3 – Свойства резин

Свойства резин:	Термостойкие	Термо хим. стойкие	Общего назначения
Рабочая температура, °С	250	250	80-130
Относительное удлинение, %	360	200-400	500-530
Остаточное удлинение, %	4	-	12-20
Деформация обратимого растяжения до 500%

При подборе материала втулки основной упор был на рабочую температуру, в соответствие с выбранным гидропластом 130°С, разжатие более чем на 3 мм на диаметр, обратимость растяжения. Рассмотренные металлы не удовлетворяют двум последним условиям, поэтому после изучения свойств резин в качестве материала упругой втулки была выбрана термо химически стойкая резина. Для предупреждения непредвиденных ситуаций примем втулку диаметром 80 мм, на тот случай, если будет остаточное удлинение. Такое удлинение не превысит 4 мм, следовательно, оправка свободно снимется с детали.

Материал плунжера и вала - сталь 45, как наиболее востребованная марка сырья.

После определения необходимых материалов были рассмотрены способы закрепления упругой втулки на валу (табл. 1) [5].

Таблица 4 – Способы закрепления втулки на валу

	Прочность склеивания Па, при температуре, Т°С
Клеевое соединение	1,9·107-0,4·107	20-200
Эбонитовая прослойка	0,8·107-0,1·107	20-110
Латунная прослойка	0,6·107-0,4·107	0-150

В современном машиностроительном комплексе постоянно возникает необходимость в сборке изделий, выполненных из разнородных материалов.

Номенклатура способов достаточно обширна. Для достижения адгезии необходимо достичь нужного химического и межмолекулярного взаимодействия. В данной работе были рассмотрены наиболее применяемые способы соединения резины с металлами. Использование эбонита в качестве связки основано на способности каучука связываться с металлом посредством содержания серы, которой на эбонит приходится около 32%. При использовании эбонитовой прослойки, к закрепленному на металлическом изделии эбониту клеится  и прикатывается резиновая смесь, после чего изделие идет на вулканизацию. Длительность вулканизации, неустойчивость к вибрациям и ударам, низкая температуростойкость делает данный способ низкотехнологичным. Использование латунной прослойки, получаемой электроосаждением на металле, нашло распространение ввиду способности резиновой смеси прочно крепиться к поверхности латуни. Соединение металла с резиной посредством латунной прослойки будет прочнее, теплоустойчивее, виброустойчивее,  чем при использовании эбонита, однако этот способ подходит для деталей небольшого размера. При выборе способов закрепления с помощью прослоек необходимо уделить особое внимание технологической подготовке производства, ввиду необходимости использования специального оборудования и сложности процесса. Следует отметить, что при использовании клеевого соединения на сопрягаемые детали может не оказываться какого-либо влияния высоких температур, какое оказывается при использовании прослоек из эбонита и латуни. Сам же технологический процесс, сводящийся к очистке сопрягаемых поверхностей деталей, происходит значительно проще и дешевле.

Наиболее прочные соединения на данный момент получаются путем склеивания. В качестве клея был выбран ВС-10Т согласно ГОСТ 22345-77 [4], применяемый для склеивания металлов и неметаллов, сохраняющий высокие эксплуатационные свойства при повышенной рабочей температуре.

Таким образом, в работе была обоснована конструкция данного приспособления.  Важно отметить, что выбор материалов упругой втулки происходил при таком условии, что необходимо было компенсировать зазор между оправкой и валом. Использование в качестве материала термо химически стойкой резины сделает возможным компенсировать данный зазор. В дальнейшей работе планируется конструирование самих элементов оправки и расчет допустимых режимов обработки. Использование приспособления данного типа значительно упростит закрепление тонкостенных деталей при токарной обработке.

Список литературы / References

1. Федотов А.К. Физическое материаловедение: учеб. пособие. В 3 ч. Ч. 3. Материалы энергетики и энергосбережения/ А.К. Федотов, В.М. Анищик, М.С. Тиванов. – Минск: Высшая школа, 2015. – 463 с.
2. Горошкин А.К. Приспособления для металлорежущих станков: Справочник/ авт.–сост. А.К. Горошкин – М.: Машиностроение, 1979. – 303 с., ил.
3. Библиотека технической литературы [Электронный ресурс]: Приспособления с гидропластом URL: http://delta-grup.ru/bibliot/1/113.htm (дата обращения 10.11.2017).
4. ГОСТ 22345-77. Клей ВС-10 теплостойкий. Технические условия; введ. 01.01.78. – Москва: Изд-во стандартов, 1993. – 12 с.
5. Энциклопедия современной техники [Электронный ресурс]: Крепление резины к металлам URL: http://www.bibliotekar.ru/spravochnik-181-2/164.htm (дата обращения 16.11.2017).
6. Справочник по цветным металлам [Электронный ресурс]: Алюминий URL: https://libmetal.ru/al/al.htm (дата обращения 16.11.2017).
7. Справочник по цветным металлам [Электронный ресурс]: Свинец URL: https://libmetal.ru/svinec/svinec.htm (дата обращения 16.11.2017).
8. Центральный металлический портал РФ [Электронный ресурс]: Сталь марки 35ХГСА URL: http://metallicheckiy-portal.ru/marki_metallov/stk/35XGSA (дата обращения 16.11.2017).
9. Косилова А.Г. Справочник технолога – машиностроителя / под. ред.: А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова. – 4-е изд. – М.: Машиностроение, 1985. – Т1 – 656 с.
10. Косилова А.Г. Справочник технолога – машиностроителя / под. ред.: А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова – М.: Машиностроение, 1985. – Т2 – 554 с.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Fedotov A.K. Fizicheskoye materialovedeniye [Physical material science]: tutorial In 3 p. P. 3. Materialy energetiki i energosberezheniya [Materials of power engineering and energy saving]/ A.K. Fedotov, V.M. Anishchik, M.S. Tivanov. – Minsk: High school, 2015. – 463 p. [in Russian]
2. Goroshkin A.K. Prisposobleniya dlya metallorezhushchikh stankov [Adaptations for metal-cutting machine tools] [Text]: Directory/ author A.K. Goroshkin – M.: Mashinostroyeniye, 1979. – 303 p., il. [in Russian]
3. Biblioteka tekhnicheskoy literatury [Library of technical literature] [Еlectronic resource]: Prisposobleniya s gidroplastom [Adaptations with hydroplastic] URL: http://delta-grup.ru/bibliot/1/113.htm (date of access 10.11.2017). [in Russian]
4. GOST 22345-77. Kley VS-10 teplostoykiy [Glue ВС-10 is heat-resistant]. Technical conditions. [Text]; introduced 01.01.78. - Moskva: Izd-vo standartov, 1993. - 12 p. [in Russian]
5. Entsiklopediya sovremennoy tekhniki [Encyclopedia of modern technology] [Еlectronic resource]: Krepleniye reziny k metallam [Fastening of rubber to metals] URL: http://www.bibliotekar.ru/spravochnik-181-2/164.htm (date of access 16.11.2017). [in Russian]
6. Spravochnik po tsvetnym metallam [Handbook of non-ferrous metals] [Еlectronic resource]: Alyuminiy [Aluminum] URL: https://libmetal.ru/al/al.htm (date of access 16.11.2017). [in Russian]
7. Spravochnik po tsvetnym metallam [Handbook of non-ferrous metals] [Еlectronic resource]: Svinets [Lead] URL: https://libmetal.ru/svinec/svinec.htm (date of access 16.11.2017). [in Russian]
8. Tsentralnyy metallicheskiy portal RF [Central metal portal of the Russian Federation] [Еlectronic resource]: Stal marki 35HGSA [Steel grade 35HGSA] URL: http://metallicheckiy-portal.ru/marki_metallov/stk/35XGSA (date of access 16.11.2017). [in Russian]
9. Kosilova A.G. Spravochnik tekhnologa – mashinostroitelya [Handbook of the technologist - machine builder] [Text]/ edited by: A.G. Kosilovoy, R.K. Meshcheryakova. – 4 edition – M.: Mashinostroyeniye, 1985. – T1 – 656 p. [in Russian]
10. Kosilova A.G. Spravochnik tekhnologa – mashinostroitelya [Handbook of the technologist - machine builder] [Text]/ edited by: A.G. Kosilovoy, R.K. Meshcheryakova – M.: Mashinostroyeniye, 1985. – T2 – 554 p. [in Russian]