Особливості розрахунку діаметру отвору для установлення різьбоформуючої деталі

Abstract

Ефективність технологій визначається сумарним технічним ефектом, одержуваним від їх реалізації. Одним з напрямків поліпшення показників ефективності технологій є впровадження складально-різьбоутворюючих процесів, заснованих на застосуванні в конструкціях виробів різьбоутворюючих кріпильних деталей. Різьбоформуючі гвинти, шпильки, втулки закручуються в гладкі отвори і самі утворюють різьбовій профіль різанням або деформацією. Зниження трудомісткості досягається усуненням операції попереднього різьбоутворення, а одержані з'єднання мають високі експлуатаційно-технічні показники. У виробництві електронної техніки, приладів, там, де по технічних вимогах небажане утворення стружки, використовують різьбовидавлюючі гвинти. Не дивлячись на переваги самонарізних гвинтів, їх широке застосування стримується за рахунок декількох недоліків: міцність з’єднання за допомогою гвинтів – нижче ніж у з’єднанні за допомогою шпильки чи болта, гвинти зі збільшеним кроком мають незадовільні показники стопоріння, при діаметрі більше 10 мм спостерігається нестабільність крутного моменту і деформація різьбового профіля. Підвищення якості різьбових з’єднань забезпеченням оптимального розміру отвору під різьбоформування є темою цієї публікації. Розрахунок установчого діаметру для різьбоформуючих деталей з великим кроком має свої особливості і має бути вирішеним з урахуванням тертя, міцності і допуска. Основними причинами виникнення поверхневих дефектів при монтажі різьбоутворюючих кріпильних деталей є ті, що пов’язані з геометрією - накатування в заповненому контурі, що призводить до осьового зміщення поверхневих шарів металу. Визначення оптимальної величини діаметру отвора для завинчування різьбоформуючої деталі, з однієї сторони максимально великого, але не більше допустимої величини є метою цієї роботи. Номенклатура різьбоформуючих кріпильних елементів постійно розширюється, при цьому співвідношення висоти профілю до кроку є величиною змінною навіть в межах одного стандарту. Тому методика розрахунку має бути універсальною з урахуванням умов тертя, міцності, величин допусків. Процеси різьбоформування описуються як процеси плоскої деформації. Фізично механізм пластичної деформації металів представлений у вигляди зсувів в площинах, де дотичні напруги досягли граничної величини. Для плоскої деформації траєкторії максимальних дотичних напружень в двох ортогональних напрямках описуються лініями ковзання, або характеристиками. Метод ліній ковзання дозволяє обчислювати контактні напруження і деформуючі зусилля, повністю визначати поля напружень і швидкостей в перетинах деформуємого металу, а також аналізувати локальні явища, які звичайно є основними при вирішенні технологічних задач. Характеристики плоскої пластичної деформації дозволяють знаходити рішення графічним методом. Використання цього методу дозволяє визначати вигляд поля ліній ковзання, або його геометричні характеристики, які встановлюють залежність між максимальним дотичним напруженням і нормальним гідростатичним тиском, тобто деформуючим зусиллям, а також визначити вигляд і геометричні параметри формуємого профіля, висота якого обмежується допустимою величиною переповнення профіля. Аналізуючи геометричні параметри зони деформації різьбового витка деталі теоретично обгрунтовано діаметр отвору під різьбоформуючу кріпильну деталь. Методику цього розрахунку реалізовано у вигляді програмно-математичного забезпечення. Дані рекомендації відносно геометричних параметрів кінцевої частини шурупа-саморіза. Результати роботи дозволять підвищити якість з’єднання з різьбоформуючою кріпильною деталлю за рахунок оптимізації діаметру отвору деталі. На основі вирішення задачі теорії пластичності про заглиблення ідентора в жорстко-пластичну область і аналіз пластичної зони в області найбільших деформацій встановлені геометричні параметри і вигляд формуємого профілю. Метод використання ліній ковзання дозволяє розраховувати і аналізувати геометрію візуально, спостерігати зміну форми деформуємого профіля від співвідношення висоти профілю до кроку різьби, матеріалу та коефіцієнта ковзання. Така візуалізація дозволяє обирати величину заповнення профіля навіть більшу за одиницю, коли достатньо велика величина “кратера” різьби не допускає переповнення профіля. Це дає можливість збільшити висоту профіля різьби і площу контакту, а також розширити допуск на отвір в деталі. Як результат маємо підвищення міцності з’єднання і надійності процесу складання.

Keywords

• складальна операція
• різьбоформування
• пластичне деформування