Modelling by a Method of Finite Elements for Determination of Stress-Deformed State in Retrofittable Hob Cutter with Indexable Inserts

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. Tooling equipment plays a major role for machine-building enterprises. The most important part in equipping the metal-cutting tool is the replacement of the cutting part from the group of high-speed steels by the cutting part made of hard alloy, which in turn gives an increase in durability and overall performance of the cutting tool. When cutting power of the tool increases then its changeability decreases. That is the reason why it is more rational to use complete approach which takes into account designing of a tool using a hard alloy WC–Co. Designing, production and test of gear cutting tools, development of cutting modes should be carried out in relation to a particular workpiece and its material. The purpose of the work: to study the influence of the geometry of the removable insert on distribution of dangerous tensile stresses. The paper studies the results of the calculation of the stress-strain state in a removable plate made of a WC-Co material. Tension and compression zones are observed on the main cutting edge. The concentration of dangerous tension stresses is located in the transition zone between the straight side cutting edge and the top, since there is the greatest constraint on cutting in this zone. Accordingly, the greatest destruction will occur in this zone. It is important that in this part of the cutting edge there will be the largest wear on the back surface. The research methods: ANSYS finite-element analysis program is used to detect dangerous tensile stresses s1. Results and Discussion. Analysis of the stress distribution isolines showed that tensile stresses along the front surface of the removable cutting insert are reduced due to the fact that each removable cutting insert cuts off its part of the material. First, a narrowed cutting insert enters the work, which cuts off the metal with the upper part of the cutting insert, and then an understated cutting insert operates, which works with side cutting edges. As a result of the study, it was found that with a progressive cutting scheme, compared to the standard one, in which the original profile of the counterpart rack was made according to DIN3972 during gear milling, dangerous tensile stresses in cutting carbide plates are significantly reduced.

About the authors

D. S. Vasilega

Email: d_vasilega@mail.ru
Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Tyumen industrial University, d_vasilega@mail.ru

V. V. Kireev

Email: kireevvv@tyuiu.ru
Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Tyumen industrial University, kireevvv@tyuiu.ru

V. A. Zyryanov

Email: zyrjanovva@tyuiu.ru
Ph.D. (Engineering) student, Tyumen industrial Institute of Industrial Technologies and Engineering university, zyrjanovva@tyuiu.ru

References

  1. Смирнов Н.Н. Зубофрезерование многозаходными червячными фрезами с различными схемами резания: автореф. дис. … канд. техн. наук. – Киев, 1982.
  2. Ничков A.Г., Шунаев Б.К. Влияние схемы резания при зубофрезеровании на износ зубьев червячной фрезы // Тезисы докладов Второй научно-технической конференции Уральского политехнического института. – Свердловск, 1968.
  3. Артамонов Е.В. Прочность и работоспособность сменных твердосплавных пластин сборных режущих инструментов / Тюменский государственный нефтегазовый университет. – Тюмень: Вектор Бук, 2003. – 192 с.
  4. Артамонов Е.В., Костив В.М. Инструментальные твердые сплавы и их влияние на работоспособность металлорежущих инструментов: учебное пособие. – Тюмень: ТюмГНГУ, 1998. – 136 с.
  5. Ничков А.Г. Основы комплексного исследования процесса зубофрезерования и оптимизации его конструктивных и технологических параметров в простых и комбинированных схемах нарезания зубчатых колес червячными фрезами: дис. … д-ра техн. наук. – Тула, 1991.
  6. Ничков A.Г. Стойкость червячной фрезы в зависимости от схемы резания // Передовой научно-производственный опыт резания металлов: тезисы докладов конференции. – Свердловск, 1971. – С. 29–33.
  7. Медведицков С.Н. Высокопроизводительное зубонарезание фрезами. – М.: Машиностроение, 1981. – 106 с.
  8. Ничков А.Г., Мартыненко В.А., Лоскутов В.В. Повышение стойкости червячных фрез за счет выбора рациональных параметров зубофрезерования // Проблемы совершенствования малогабаритных зубофрезерных станков: материалы конференции. – Вильнюс, 1975. – С. 129–138.
  9. Zhonghe Y, Zhaohui L, Smith M.R. Mechanisms and machine theory. – Beijing, China: High Education Press, 2001.
  10. Шунаев Б.К., Петрова С.П. Комбинированные схемы фрезерования зубчатых колес с радиальным врезанием червячной фрезы // Прогрессивные конструкции и методы обработки в инструментальном производстве. – Пермь, 1975.
  11. Скребнев Г.Г. Определение условий рационального применения твердосплавных зуборезных фрез и возможности повышения ими производительности процесса зубофрезерования: автореф. дис. … канд. техн. наук. – Волгоград, 1995.
  12. A gear cutting predictive model using the finite element method / W. Liu, D. Ren, S. Usui, J. Wadell, T.D. Marusich // Procedia CIRP. – 2013. – Vol. 8. – P. 51–56.
  13. Egorov S.B., Kapitanov A.V., Loktev D.A. Modern methods and technological solutions for effective processing of gear wheels // Materials Science Forum. – 2016. – Vol. 870. – P. 397–403. – doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/MSF.870.397' target='_blank'>www.scientific.net/MSF.870.397.
  14. Выбор оптимального процесса обработки зубчатых колес / И.В. Pубан, З.А. Годжаев, В.М. Pубан, С.Д. Зайцев // Вестник машиностроения. – 2008. – № 7. – С. 40–41.
  15. Artamonov E.V., Vasil’;ev D.V. Determining the optimal cutting speed in turning by composite cutters on the basis of the chip // Russian Engineering Research. – 2014. – Vol. 34 (6). – P. 404–405.
  16. Artamonov E.V., Kireev V.V. Effectiveness of cutting by hods with replaceable hard-alloy plates // Russian Engineering Research. – 2014. – Vol. 37 (7). – P. 473–474.
  17. Artamonov E.V., Vasilega D.S., Tveryakov A.M., Determining the maximum-performance temperature of hard-alloy cutting plates // Russian Engineering Research. – 2014. – Vol. 34 (6). – P. 402–403.
  18. Gear hobbing: a contribution to analogy testing and its wear mechanisms / S. Steina, M. Lechthalera, S. Krassnitzera, K. Albrechta, A. Schindlerb, M. Arndta // Procedia CIRP. – 2012. – Vol. 1 (1). – P. 220–225.
  19. Tokawa T., Nishimura Y., Nakamura Y. High productivity dry hobbing system // Mitsubishi Heavy Industries. Technical Review. – 2001. – Vol. 38, N 1. – P. 27–31.
  20. Обработка зубчатых колес: повышение производительности и качества / Н.А. Курочкин, Б.М. Солоницын, О.В. Таратынов, В.В. Клепиков // Грузовик. – 2005. – № 3. – С. 28–31.
  21. High performance gear hobbing with powder-metallurgical high-speed-steel / B. Karpuschewski, H.-J. Knoche, M. Hipke, M. Beutner // Procedia CIRP. – 2012. – Vol. 1 (1). – P. 196–201.
  22. Папшева Н.Д., Акушская О.М. Повышение эффективности процесса нарезания зубчатых колес // Инженерный вестник Дона. – 2015. – № 2, ч. 2. – С. 54.
  23. Канатников Н.В., Харламов Г.А. Повышение эффективности обработки прямозубых конических зубчатых колес // Наукоемкие технологии в машиностроении. – 2015. – № 3. – С. 8–16.
  24. A review of new strategies for gear production / G. Hyatt, M. Piber, N. Chaphalkar, O. Kleinhenz, M. Mori // Procedia CIRP. – 2014. – Vol. 14. – P. 72–76.
  25. Xu S., Zhang Y. The finite element modeling and analysis of involute spur gear // Advanced Materials Research. – 2012. – Vol. 516–517. – P. 673–677.
  26. Bahattin K. Analysis of spur gears by coupling finite and boundary element methods // Mechanics Based Design of Structures and Machines. – 2006. – Vol. 34, iss. 3. – P. 307–324.
  27. Forte P., Paoli A., Razionale A.V. A CAE approach for the stress analysis of gear models by 3D digital photoelasticity // International Journal of Interactive Design and Manufacturing. – 2015. – Vol. 9, iss. 1. – P. 31–43.
  28. Sun Q., Sun Y., Li L. Strength analysis and tooth shape optimization for involute gear with a few teeth // Advances in Mechanical Engineering. – 2018. – Vol. 10, iss. 1/ – doi: 10.1177/1687814017751957.
  29. Miklos I.Z., Miklos C., Alic C.I. Finite element analysis of cylindrical gear with mechanical event simulation // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2018. – Vol. 393. – P.  012046. – doi: 10.1088/1757-899X/393/1/012046.
  30. Современные технологические подходы при изготовлении цилиндрических зубчатых колес в условиях мелкосерийного производства и особенности расчета и проектирования зуборезного инструмента / В.П. Балков, Л.И. Каменецкий, А.С. Кирютин, Е.А. Негинский, О.С. Отт, Д.Н. Пищулин // Металлообработка. – 2015. – № 4 (88). – С. 2–6.
  31. Tsai S.-J., Ye S.-Y. A computerized approach for loaded tooth contact analysis of planetary gear drives considering relevant deformations // Mechanism and Machine Theory. – 2018. – Vol. 122. – P. 252–278. – doi: 10.1016/j.mechmachtheory.2017.12.026.
  32. Lyu Y., Chen Y., Lin Y. The design formulae for skew line gear wheel structures oriented to the additive manufacturing technology based on strength analysis // Mechanical Sciences. – 2017. – Vol. 8, iss. 2. – P. 369–383. – doi: 10.5194/ms-8-369-2017.
  33. Machinability improvement of gear hobbing via process simulation and tool wear predictions / X. Dong, C. Liao, Y.C. Shin, H.H. Zhang // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2016. – Vol. 86, iss. 9–12. – P. 2771–2779.
  34. Srinivasan N., Shunmugam M.S. Limiting conditions in gear shaping for corrected involute gears // International Journal of Machine Tool Design and Research. – 1983. –Vol. 23, iss. 4. – P. 227–235.
  35. Artamonov E.V., Kireev V.V. The compound hob for processing gearbox pinions used in hoist for well repairs // Applied Mechanics and Materials. – 2015. – Vol. 770. – P. 469–475.
  36. Artamonov E.V., Kireev V.V., Zyryanov V.A. Improving the efficiency of hobbing mills // Russian Engineering Research. – 2017. – Vol. 37, N 5. – P. 447–449. – doi: 10.3103/S1068798X17050057.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».