Технология нарезания резьбы на изделиях из стеклопластика типа трубы (стр. 2 из 8)
Известно, что для стеклопластиков допускаемое напряжение в несколько раз меньше, чем для металлов, поэтому для создания равнопрочных резьб применяют несимметричные профили, в частности несимметричные упорные.
1.3 Типы резьб
В этом разделе рассмотрим три типа профилей резьб, наиболее часто применяемых в изделиях из стеклопластика.
1. Круглая резьба
Профиль круглой резьбы образован окружностями, на вершинах и впадинах, соединёнными прямыми с углом профиля при вершине 30° [8].
Рисунок 1.2 – Профиль круглой резьбы
В машиностроении эта резьба используется редко, применяется она в основном в соединениях, подвергающихся сильному износу, в загрязненной среде, для водопроводной арматуры, в отдельных случаях для крюков подъемныхкранов, а также в условиях воздействия агрессивной среды.
Такой профиль при действии осевой растягивающей силы создаёт радиальные сжимающие усилия, которые могут значительно превосходить допускаемые напряжения, и труба в районе резьбы разрушается. Эта резьба стандартизована.
2. Треугольная резьба
В соответствии с ГОСТ 6367–81 трубная цилиндрическая резьба имеет профиль дюймовой резьбы, т. е. равнобедренный треугольник с углом при вершине, равным 55° (Таблица А.1).
Рисунок 1.3 – Треугольный профиль резьбы
Резьба стандартизована для диаметров от
" до 6" при числе шагов zот 28 до 11.Трубную резьбу применяют для соединения труб, а также тонкостенных деталей цилиндрической формы. Такого рода профиль (55°) рекомендуют при повышенных требованиях к плотности (непроницаемости) трубных соединений. Треугольные резьбы дают возможность получить плотное соединение.
3. Упорная резьба
Упорная усиленная резьба, S45° с углом наклона боковых сторон профиля 45° и 3°, с номинальным диаметром от 80 до 2000 мм стандартизованная по ГОСТ 24737–81, имеет профиль неравнобокой трапеции, одна из сторон которой наклонена к вертикали под углом 3°, т. е. рабочая сторона профиля, а другая – под
углом 30° (Таблица А.1). Форму профиля и значение диаметров шагов для упорной однозаходной резьбы устанавливает ГОСТ 10177–82. Резьба стандартизована для диаметров от 10 до 600 мм с шагом от 2 до 24 мм и применяется при больших односторонних усилиях, действующих в осевом направлении [5], [8].
Рисунок 1.4 – Упорная несимметричная резьба
Рассматриваемая резьба характеризуется следующими параметрами:
d – наружный диаметр;
d1 – внутренний диаметр;
t1 – теоретическая высота профиля;
t – высота профиля;
S - шаг резьбы;
Sв – ширина витка резьбы по наружному диаметру;
r, r1 – радиусы скругления впадин и вершин резьбы;
β – задний угол профиля;
γ – передний угол профиля.
Особенности упорной специальной резьбы:
1) небольшая глубина впадин t = 0,3S (для стандартных резьб t = 0,86S);
2) отношение ширины витка к ширине впадины по среднему диаметру всегда больше 1.
3) Изменение наружного диаметра в пределах допуска изменяет величину ширину витка резьбы в среднем на 1 %.
Основные параметры упорной резьбы имеют следующие значения:
Шаг резьбы S = 10 (мм);
Передний угол профиля γ = 5º;
Задний угол профиля β = 45º;
Высота профиля t = 0,2S = 2 (мм);
Ширина витка Sв = 7,266 (мм);
Радиус закругления r = 0,05S = 0,5 (мм);
r1 = 0,02S = 0,2 (мм).
Наружный диаметр и шаг резьбы выбирают в зависимости от назначения детали и требований прочности ко всему резьбовому соединению[3].
Итак, исходя из требований, предъявляемых к выбранному соединению и характеристик резьб, применяемых для стеклопластиковых изделий наиболее правильным будет применение упорной несимметричной резьбы. Так как она имеет ряд преимуществ, по сравнению с другими профилями:
1. не создает радиальных усилий при нагрузке;
2. большая площадь среза;
3. наибольшая прочность из всех профилей.
Однако, следует учитывать, что применение того или иного профиля будет зависеть так же и от свойств самого материала, его обрабатываемости, схемы армирования.
Обрабатываемость того или иного материала – понятие комплексное. Ее основные показатели: интенсивность затупления режущего инструмента, характеризуемая скоростью резания при определенной стойкости; качество поверхностного слоя, постоянство размеров в пределах допусков; сила резания ирасходуемая мощность.
Анализ свойств и состава применяемых материалов позволяет выделить основные критерии, по которым их следует относить к той или иной группе обрабатываемости. Это, в первую очередь, тип связующего (термопластичный или термореактивный). Важным фактором является тип наполнителя, т.е. его состав (органический или неорганический), его физическая природа и свойства, и, наконец, - структура наполнителя (волокнистый, листовой, порошкообразный и т.д.) [9].
1.4 Особенности процесса резания и формирования поверхностного слоя
Обработка резанием стеклопластика имеет ряд особенностей, отличающих их от аналогичной обработки металлов. Эти особенности сводятся к следующему.
1) Ярко выраженная анизотропия свойств. Это определяет различие процесса резания при обработке вдоль и поперек армирующих волокон. Схема армирования существенно влияет на качество и производительность обработки. Поэтому при разработке технологической операции механической обработки композиционных материалов следует учитывать также направление обработки относительно направления армирования.
2) Сложность получения высокого качества поверхностного слоя. Слоистая структура приводит к тому, что при износе инструментов происходит расслоение материала. Кроме того, при перерезании армирующих волокон, особенно при перекрестном армировании, наблюдается разлохмачивание перерезанных волокон, что приводит к ухудшению качества поверхностного слоя, поэтому иногда применяют дополнительную отделочную операцию, например зачистку шкуркой.
3) Низкая теплопроводность материалов, обуславливающая плохой отвод теплоты из зоны резания со стружкой и в обрабатываемое изделие. Поэтому при обработке высокопрочных композиционных материалов основная доля теплоты отводится через режущий инструмент. Согласно экспериментальным данным тепловой баланс при обработке полимерных материалов следующий: в инструмент – 90 %, в стружку – 5 %, в обрабатываемую деталь – 5 %, в то время как при обработке металлов иногда до 90 % теплоты уносится стружкой и только 10 % поглощается деталью и инструментом.
4) Интенсивное воздействие стекловолокна, обладающего высокой твердостью и абразивной способностью.
5) Высокие упругие свойства. Силы резания при обработке композитов в 10…20 раз ниже, чем при обработке металлов, а упругие характеристики выше, поэтому точность обработки в меньшей мере определяется упругими деформациями системы: станок – приспособление – инструмент.
6) Невозможность применения смазочно-охлаждающих жидкостей. Это обуславливается тем, что большинство стеклопластиков обладает высоким влагопоглощением. Поэтому применение СОЖ во многих случаях влечет за собой введение дополнительной операции – сушки изделия – или вообще недопустимо из – за необратимого изменения физико-механических свойств.
7) Специфические требования техники безопасности при резании композиционного материала. Это связано с выделением мельчайших частиц материала при резании.
Состояние поверхностного слоя играет очень важную роль в обеспечении высоких эксплуатационных показателей изделий. Он оказывает существенное влияние на прочность, износ, диэлектрические показатели, водопоглощение и т.д.
Механическая обработка существенно изменяет свойства поверхностного слоя (в часности, шероховатости). А перерезание армирующих волокон приводит к прочности изделий на 20 %. Шероховатость поверхности влияет как на водопоглощение и прочностные свойства, так и на износостойкость.
Механическая обработка изделий из композитов интенсифицирует процесс водопоглощения. Это происходит за счет того, что при обработке, во-первых, снимается всегда имеющийся на поверхности слой полимеризованного связующего, являющийся как бы защитным слоем; во-вторых, перерезаются армирующие волокна наполнителя; при этом образуются микротрещины и другие дефекты материала, нарушающие его сплошность[9].
2 ПОДБОР КОМПОНЕНТОВ МАТЕРИАЛА
2.1 Классификация стеклопластиков
На обрабатываемость стеклопластиков оказывают влияние многочисленные факторы: тип наполнителя и связующего, метод изготовления стеклопластиковых труб, ориентация стекловолокна.
По химическому составу различают три вида стёкол в производстве стеклопластиков: алюмоборосиликатное (бесщелочное), алюмомагнезиальное (щелочное), кремнезёмное.
Стекловолокно щелочного состава обладает большой гигроскопичностью. Под влиянием влаги на поверхности волокна щелочного состава образуется свободная щелочь, которая, проникая в поверхностные трещины, усиливает процесс разрушения волокна и приводит к снижению его прочности. Незащищенное стекловолокно бесщелочного состава при длительном нахождении во влажной среде также теряет свою прочность (до 40%), однако при высыхании стекловолокна прочность его восстанавливается. Изделия же из стеклопластиков под действием влаги сохраняют свою прочность длительное время.
Для изготовления стеклопластиков с повышенными теплофизическими свойствами начинает широко применяться кремнеземное волокно, получаемое из щелочного или бесщелочного стекла путем его обработки смесью соляной и серной кислот. За исключением кремнезема, остальные компоненты, входящие в состав стекла, под действием кислот растворяются. Получаемое стекловолокно содержит до 98% SiO2. На основании вышеизложенного марки стеклопластиков по типу стекловолокна можно разделить на две группы: