Конечно-элементное моделирование нарезания резьбы метчиком с целью прогнозирования ее приведенного среднего диаметра

Автор: Щуров Игорь Алексеевич, Болдырев Игорь Станиславович

Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение @vestnik-susu-engineering

Статья в выпуске: 1 т.23, 2023 года.

Бесплатный доступ

Разработка операций нарезания высокоточной резьбы метчиками включает в себя прогнозирование такой точности. Чаще всего для этого приходится проводить дорогостоящие натурные эксперименты. Получившие в последнее время широкое применение численные методы расчета позволяют заменить эти эксперименты компьютерным моделированием. Однако данное моделирование сейчас связано преимущественно с определением напряжений и прочности инструментов, для чего моделируются лишь сам режущий инструмент и фрагмент заготовки. Такой подход оказывается неприемлемым для прогнозирования точности обработки, поскольку погрешности размеров и формы резьбы существенно зависят от фактического движения инструмента, которое, в свою очередь, зависит от условий его закрепления в шпинделе станка. В связи с этим встала задача моделирования не только указанных элементов технологической системы, но и вспомогательного инструмента. Кроме того, после расчета поверхности резьбы детали необходимо рассчитать и ее точностные характеристики. Именно эти вопросы рассмотрены в данной статье: показаны результаты конечно-элементного моделирования нарезания резьбы метчиком, закрепленным в резьбонарезном патроне плавающе-качающегося типа. Полученные графики осевой силы и крутящего момента соответствуют ожидаемым кривым как по ее форме, так и по числовым значениям. Полученное облако точек резьбы позволило далее рассчитать ее приведенный средний диаметр, который оказался сопоставимым с соответствующим диаметром метчика и аналогичным размером резьбы из государственного стандарта. Таким образом, приведенные расчеты показывают свою реалистичность и возможность применения в практике проектирования резьбонарезных операций.

Еще

Резьбонарезание, качество резьбы, приведенный средний диаметр резьбы, метод конечных элементов, моделирование резьбонарезания

Короткий адрес: https://sciup.org/147240356

IDR: 147240356 | DOI: 10.14529/engin230107

Список литературы Конечно-элементное моделирование нарезания резьбы метчиком с целью прогнозирования ее приведенного среднего диаметра

Fromentin, G. Modeling of interferences during thread milling operations / G. Fromentin, G. Poulachon // Int. J. Adv. Manuf. Technol. – 2010. – Vol. 49. – P. 41–51. DOI: 10.1007/s00170-009-2372-5.
Lee, W.S. Simulation-aided design of thread milling cutter / W.S. Lee, A. Nestler // Procedia CIRP. – 2012. – Vol. 1. – P. 120–125. DOI: 10.1016/j.procir.2012.04.019.
Wan, M. Mechanics and dynamic of thread milling process / M. Wan, Y. Altintas // Int. J. Mach. Tools Manuf. – 2014. – Vol. 87. – P. 16–26. DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2014.07.006.
4 Khoshdarregi, M.R. Generalized modeling of chip geometry and cutting forces in multi-point thread turning / M.R. Khoshdarregi, Y. Altintas // Int. J. Mach. Tools Manuf. – 2015. – Vol. 98. – P. 21–32. DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2015.08.005.
Jun, M.B.G. Modeling of the thread milling operation in a combined thread/drilling operation: thrilling / M.B.G. Jun, A.C. Araujo // Trans. ASME J. Manuf. Sci. Eng. – 2010. – Vol. 132. – 014505. DOI: 10.1115/1.4000944.
Araujo, A.C. Analytical and experimental investigations on thread milling forces in titanium al-loy / A.C. Araujo, G. Fromentin, G. Poulachon // Int. J. Mach. Tools Manuf. – 2013. – Vol. 67. – P. 28–34. DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2012.12.005.
Armarego, E. Predictive Cutting Models for the Forces and Torque in Machine Tapping with Straight Flute Taps / E. Armarego, M.N. Chen // CIRP Annals – Manufacturing Technology. – 2002. – Vol. 51. – No. 1. – P. 75–78. DOI: 10.1016/S0007-8506(07)61469-3.
Матвеев, В.В. Нарезание точных резьб / В.В. Матвеев. –М.: Машиностроение.– 1978. – 88 с.
Щуров, И.А. Расчет точности обработки и параметров инструментов на основе дискретного твердотельного моделирования: монография / И.А. Щуров. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ. – 2004. – 320 с.
Czarnecki, H. FEM simulation of material strain in corner of forming tap during cold thread shaping / H. Czarnecki, K. Tubielewicz, A. Zaborski et al. // Tribologia.–2019.– Vol. 288.– P. 5–16. DOI: 10.5604/01.3001.0013.7759.
Demirel, T. Finite element simulation of stresses in cutting tools during tapping / T. Demirel, S. Yagmur, Y. Kayir et al. // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science. – 2022. DOI: 10.1177/09544062221126643.
Faur, A.S. Research on the influence of a new tap drill geometry on C45, 42CrMo4 and X5CrNi8 steel processing / A.S. Faur, M.S. Popa, B.C. Luca et al. // MATEC Web of Conferences. – 2018. – Vol. 178. – 01002. DOI: 10.1051/matecconf/201817801002.
He, Q. Research and Optimization of Process Parameters for Internal Thread Forming Based on Numerical Simulation and Experimental Analysis / Q. He, Y. Jiang, X. Jing // Materials. – 2022. – Vol. 15. – 3160. DOI: 10.3390/ma15093160.
Hou, H-L. Numerical Simulation and Process Optimization of Internal Thread Cold Extrusion Process / H-L. Hou, G-P. Zhang, C. Xin et al. // Materials. – 2020. – Vol.13. – 3960. DOI: 10.3390/ma13183960.
Oezkaya, E. An intuitive software system for the modelling of three-dimensional FEM tapping simulations / E. Oezkaya, T. Haus, D. Biermann // World Journal of Engineering Research and Tech-nology. – 2019. – Vol. 5. – Iss. 3. – P. 429–454.
Polvorosa, R. Cutting edge control by monitoring the tapping torque of new and resharpened tapping tools in Inconel 718 / R. Polvorosa, L.N. López de Lacalle1, A.J. Sánchez Egea et al. // Int. J. Adv. Manuf. Technol. – 2020. – Vol. 106. – P. 3799–3808. DOI: 10.1007/s00170-019-04914.
Wu, M-C. Optimization of Tool Geometric Parameters For a Small Fluteless Forming Tap (FFT) / M-C. Wu, W-R. Jian, L-S- Hsu et al. // Int. J. Adv. Manuf. Technol. – 2022. – Vol. 120. – P. 3437–3449. DOI: 10.1007/s00170-022-08955-1.
Tang, Y.L. CAD simulation study on the principle of tapping with modified-tooth tap / Y.L. Tang, R. Hang. H. Wang // WASE International Conference on Information Engineering. – 2010. – P. 224–228. DOI: 10.1109/ICIE.2010.231.
Ren, J. Mathematical model for tapping simulation to predict Radial Pitch Diameter Dierence of threads / J. Ren, X. Yan // Int. J. Adv. Manuf. Technol. – 2021. – Under review. DOI: 10.21203/rs.3.rs-192937/v1.
Shchurov, I.A. Improved Axis Determination Method for Calculation of Virtual Pitch Thread Diameter Using a Point Cloud from CMM / I.A. Shchurov // Lecture Notes in Mechanical Engineering.– 2019. – P. 1621–1629. DOI: 10.1007/978-3-319-95630-5_173.

Еще

Статья научная