RU2486489C1 - Method and device to control quality of threaded and comb-shaped connection half-couplings - Google Patents

Abstract

FIELD: testing equipment.

SUBSTANCE: tested samples are assembled with a high-strength profiled holder, to which increasing axial load is applied with rest of samples against the support. At the same time previously gripping jaws, which are a support, where tested half-couplings are installed with internal thread or a comb assembled with the profiled holder, are exposed to independent axial force, moving them downwards to provision of radial force that presses the half-couplings, being equivalent to operation load. The axial force applied to the profiled holder is increased to cutting of all or several teeth of the thread or comb on half-couplings. The cut force is fixed and compared with the value, which has been in advance experimentally justified and meets the requirements of quality to the manufactured half-couplings.

EFFECT: improved quality of control.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для выборочного достоверного контроля качества резьбовых и гребенчатых полумуфт, используемых в механизмах различного назначения для торцевого соединения стержневых или трубных элементов, передающих осевую силовую нагрузку.The invention relates to the processing of metals by pressure and can be used for selective reliable quality control of threaded and comb-type coupling halves used in various mechanisms for the end connection of rod or pipe elements transmitting axial power load.

Известны способ и устройство для оценки качества резьбы гаек путем испытания ее на срез пробной нагрузкой [ГОСТ Р52628-2006], включающие сборку с оправкой испытуемых образцов и увеличение до проверочных показателей нагрузки, приложенной к оправке с упором образцов в опору, реально оценивающий прочностные характеристики резьбового соединения.A known method and device for evaluating the quality of the thread of nuts by testing it for shear with a test load [GOST R52628-2006], including assembly with the mandrel of the test samples and increase to test indicators of the load applied to the mandrel with the emphasis of the samples in the support, really evaluating the strength characteristics of the threaded connections.

Недостатки способа и устройства в том, что они неприемлемы для определения предельной несущей нагрузки соединительных резьбовых и гребенчатых полумуфт.The disadvantages of the method and device are that they are unacceptable for determining the ultimate bearing load of the connecting threaded and comb half couplings.

Большая номенклатура применяемых резьбовых и гребенчатых полумуфт, передающих осевую силовую нагрузку, нуждается в достоверных методах контроля качества, поскольку известные методы контроля геометрических размеров внутренней резьбы или гребенки, содержащей систему кольцевых выступов и канавок, не позволяют с требуемой точностью оценить предельные силовые нагрузки, способные передаваться соединительными полумуфтами, тем более, что они в значительной степени зависят от силы радиального сжатия этих полумуфт на этапе монтажа соединительного узла.The large range of used threaded and flange coupling halves that transmit axial force loads requires reliable quality control methods, since the known methods for controlling the geometric dimensions of the internal thread or comb containing a system of ring protrusions and grooves do not allow to estimate the maximum force loads that can be transmitted with the required accuracy connecting half-couplings, especially since they largely depend on the radial compression force of these half-couplings at the installation stage ceiling elements assembly.

Задачей настоящего изобретения является расширение технологических возможностей контроля качества изготовления внутренней резьбы и гребенки на соединительных полумуфтах путем разработки устройства, позволяющего экспериментально оценить величину предельной силы среза резьбы или гребенки, и разработки алгоритма проведения соответствующего контроля.The objective of the present invention is to expand the technological capabilities of the quality control of manufacturing internal threads and combs on the connecting coupling halves by developing a device that allows you to experimentally evaluate the ultimate shear force of the thread or comb, and developing an algorithm for the corresponding control.

Технический результат, достигаемый изобретением, состоит в конструктивном обеспечении возможности проведения контроля качества внутренней резьбы или гребенки, изготовленной на соединительных полумуфтах.The technical result achieved by the invention consists in constructively providing the possibility of quality control of the internal thread or comb, made on the connecting coupling halves.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что осуществляют сборку испытуемых образцов с высокопрочной профильной оправкой, к которой прикладывают увеличивающуюся осевую нагрузку с упором образцов в опору, при этом предварительно на зажимные губки, являющиеся опорой, в которые устанавливают испытуемые полумуфты с внутренней резьбой или гребенкой в сборе с профильной оправкой, воздействуют независимой осевой силой на зажимные губки, перемещая их вниз до обеспечения радиальной, сжимающей полумуфты, силой, эквивалентной эксплуатационной нагрузке, осевую силу, приложенную к профильной оправке, увеличивают до срезания всех или нескольких зубьев резьбы или гребенки на полумуфтах, фиксируют силу среза и сопоставляют со значением, заранее экспериментально обоснованным и удовлетворяющим требованиям качества к изготавливаемым полумуфтам.The essence of the proposed method lies in the fact that they carry out the assembly of test samples with a high-strength profile mandrel, to which an increasing axial load is applied with the samples resting on the support, and first on the clamping jaws, which are the support, into which the test coupling halves with internal thread or comb are installed in assembled with a profile mandrel, they act with independent axial force on the clamping jaws, moving them down to provide a radial, compressive coupling half, with a force equivalent to the operating load, the axial force applied to the profile mandrel is increased until all or several teeth of the thread or comb are cut on the coupling halves, the shear force is fixed and compared with a value previously experimentally substantiated and satisfying the quality requirements for the manufactured coupling halves.

Устройство содержит корпус и высокопрочную профильную оправку, корпус выполнен в виде цилиндра с внутренней конической поверхностью, внутри корпуса размещены зажимные губки и пружины для их развода.The device comprises a housing and a high-strength profile mandrel, the housing is made in the form of a cylinder with an internal conical surface, clamping jaws and springs for their separation are placed inside the housing.

В ряде случаев в зависимости от количества зубьев, их геометрии, внутреннего диаметра осевой полости и механических характеристик материала изготавливаемых полумуфт потребная сила среза зубьев может превышать силу, приводящую к потере устойчивости или хрупкому разрушению профильной оправки, тогда предлагается перед испытанием срезать определенное количество зубьев полумуфт, при этом количество оставляемых зубьев рассчитывается по зависимостиIn some cases, depending on the number of teeth, their geometry, the internal diameter of the axial cavity and the mechanical characteristics of the material of the manufactured coupling halves, the required cutting force of the teeth may exceed the force leading to loss of stability or brittle destruction of the profile mandrel, then it is proposed to cut a certain number of teeth of the coupling halves before the test, the number of teeth left is calculated according to

$$m=\frac{P}{\pi \cdot d_0\cdot t_{з}\cdot k_{з}\cdot k_m\cdot {\tau }_{з}},\left(1\right)$$

$$m=\frac{P}{\pi \cdot d_0\cdot t_s\cdot k_s\cdot k_m\cdot {\tau }_s},\left(\mathrm{one}\right)$$

где P - расчетная сила потери устойчивости или разрушения профильной оправки; d₀ - наружный диаметр резьбы или гребенки оправки; t_з - шаг резьбы или гребенки; k_з - коэффициент полноты профиля (для трапецеидального профиля k_з=0,65); k_m - коэффициент, учитывающий неравномерность деформации зубьев при срезе (k_m=0,65…0,75 при $${\sigma }_{{в}_{о}}/{\sigma }_{{в}_{з}}>\mathrm{1,3,}$$

где $${\sigma }_{{в}_{о}}$$

и $${\sigma }_{{в}_{з}}$$

- пределы прочности соответственно профильной оправки и материала зубьев изготавливаемых полумуфт; k_m=0,55…0,65 при $${\sigma }_{{в}_{о}}/{\sigma }_{{в}_{з}}<\mathrm{1,3};$$

$${\tau }_{з}=\left(\mathrm{0,6}\dots \mathrm{0,7}\right){\sigma }_{{в}_{з}}$$

- предел текучести материала полумуфт на срез. Таким образом, указанная формула расчета количества оставляемых зубьев получена из условия, что расчетная сила потери устойчивости или разрушения профильной оправки приравнивается с коэффициентом запаса к расчетной силе среза зубьев гребенки или резьбы полумуфт.where P is the calculated force of loss of stability or destruction of the profile mandrel; d ₀ - the outer diameter of the thread or comb mandrel; t _s - thread or comb pitch; k _s - profile completeness coefficient (for a trapezoidal profile k _s = 0.65); k _m - coefficient taking into account the uneven deformation of the teeth when cutting (k _m = 0.65 ... 0.75 when $${\sigma }_{{\mathrm{at}}_{\mathrm{about}}}/{\sigma }_{{\mathrm{at}}_s}>\mathrm{1.3,}$$

Where $${\sigma }_{{\mathrm{at}}_{\mathrm{about}}}$$

and $${\sigma }_{{\mathrm{at}}_s}$$

- the strength limits, respectively, of the mandrel and the material of the teeth of the manufactured coupling halves; k _m = 0.55 ... 0.65 with $${\sigma }_{{\mathrm{at}}_{\mathrm{about}}}/{\sigma }_{{\mathrm{at}}_s}<1.3;$$

$${\tau }_s=\left(0.6...0.7\right){\sigma }_{{\mathrm{at}}_s}$$

- yield strength of the material of the coupling halves per shear. Thus, the indicated formula for calculating the number of teeth left is obtained from the condition that the calculated force of loss of stability or destruction of the profile mandrel is equated with the safety factor to the calculated shear force of the teeth of the comb or thread of the coupling halves.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что пара испытуемых соединительных полумуфт собирается в комплект с профильной оправкой, устанавливается в разведенные губки предлагаемого устройства, к которым прилагается расчетная предварительная независимая осевая нагрузка, а затем независимой осевой нагрузкой, приложенной к торцу профильной оправки, срезают изготовленные зубья на полумуфтах.The specified technical result is ensured by the fact that a pair of test connecting coupling halves is assembled with a profile mandrel, installed in the divorced jaws of the proposed device, to which the calculated preliminary independent axial load is attached, and then the manufactured teeth are cut off by the independent axial load applied to the end of the profile mandrel coupling halves.

Изобретение иллюстрировано фигурой (фиг.1), на которой показана схема предлагаемого устройства.The invention is illustrated in the figure (figure 1), which shows a diagram of the proposed device.

Устройство включает корпус 1 и две зажимные губки 2, имеющие возможность перемещения по внутренней конической поверхности корпуса 1, высокопрочной профильной оправки 3, расположенной соосно в центре корпуса, и пружин 4, установленных в глухих отверстиях с внутренней стороны зажимных губок 1 с упором в испытуемые полумуфты и разводящих губки в стороны при снятии нагрузки и извлечении оправки и полумуфт после испытания.The device includes a housing 1 and two clamping jaws 2, which can be moved along the inner conical surface of the housing 1, a high-strength profile mandrel 3, located coaxially in the center of the housing, and springs 4 mounted in blind holes on the inside of the clamping jaws 1 with emphasis in the test coupling halves and spreading jaws to the sides when removing the load and removing the mandrel and coupling halves after the test.

Способ контроля качества резьбовых и гребенчатых соединительных полумуфт осуществляется следующим образом: пара испытуемых полумуфт 5 в сборе с профильной оправкой 3 устанавливают в устройство с фиксацией их в зажимных губках 2 упором полумуфт в нижний выступ на губках и с упором пружин 4 в боковую наружную поверхность полумуфт с одновременным вертикальным ручным поджатием всего комплекта вниз до упора во внутреннюю коническую поверхность корпуса 1. Снаряженное устройство устанавливают на испытательную машину с приводом двойного действия, снабженную силоизмерителями на каждый привод. Наружным приводом воздействуют на верхний торец полумуфт с расчетной силой, обеспечивающей радиальное поджатие пары полумуфт к профильной оправке, эквивалентное поджатию в соответствующем узле при функционировании. Затем внутренним приводом воздействуют на верхний торец профильной оправки, перемещая ее до среза зубьев на испытуемых полумуфтах, с фиксацией силы среза. Полученное значение силы среза сопоставляют со значением, заранее экспериментально обоснованным и удовлетворяющим требованиям качества к изготавливаемым полумуфтам, и делается вывод о качестве изготовленной резьбы или гребенки. После снятия нагрузки с зажимных губок 2 пружины 4 облегчают развод их в стороны при извлечении.The quality control method of threaded and flange connecting coupling halves is carried out as follows: a pair of test coupling halves 5 assembled with a profile mandrel 3 is installed in the device with their fixation in the clamping jaws 2 with the coupling halves in the lower protrusion on the jaws and with the spring stop 4 in the lateral outer surface of the coupling halves with simultaneous vertical manual pressing the entire set down all the way into the inner conical surface of the housing 1. The equipped device is installed on a testing machine with a double action drive vii equipped with force meters for each drive. An external drive acts on the upper end of the coupling halves with a design force that ensures radial compression of the pair of coupling halves to the profile mandrel, equivalent to the compression in the corresponding unit during operation. Then, the internal drive acts on the upper end of the profile mandrel, moving it to the cut of the teeth on the test coupling halves, with fixing the shear force. The obtained value of the shear force is compared with a value experimentally substantiated in advance and satisfying the quality requirements for the manufactured coupling halves, and a conclusion is made about the quality of the thread or comb made. After removing the load from the clamping jaws 2, the springs 4 facilitate their lateral removal during removal.

Использование изобретения в области выборочного контроля качества резьбовых и гребенчатых полумуфт, используемых в механизмах различного назначения для торцевого соединения стержневых или трубных элементов, передающих осевую силовую нагрузку, позволит существенно повысить качество изготавливаемых изделий. Разработанные способ и устройство контроля качества резьбовых и гребенчатых соединительных полумуфт является весьма эффективным при сравнительном анализе эксплуатационных характеристик (несущей способности соединительных элементов) в зависимости от различных конструкций самих соединительных элементов, геометрических размеров профиля резьбы или гребенки, применяемых материалов, технологических способов их изготовления, режимов термообработки.The use of the invention in the field of selective quality control of threaded and flange coupling halves used in various mechanisms for the end connection of rod or tube elements transmitting axial force load will significantly improve the quality of manufactured products. The developed method and device for controlling the quality of threaded and flange connecting coupling halves is very effective in comparative analysis of operational characteristics (bearing capacity of connecting elements) depending on various designs of the connecting elements themselves, geometric dimensions of the thread or comb profile, materials used, technological methods for their manufacture, modes heat treatment.

Пример. Профильная оправка с минимальной площадью поперечного сечения S₀=15 мм² изготовлена из стали Р6М5 (ГОСТ 19265-73), имеющей условный предел текучести на сжатие $${\sigma }_{{\mathrm{0,2}}_{сж}}=3100МПа$$

. Тогда с коэффициентом запаса k=1,5 можно определить предельно допустимую нагрузку на профильную оправкуExample. A profile mandrel with a minimum cross-sectional area S ₀ = 15 mm ^{2 is} made of steel P6M5 (GOST 19265-73), which has a conditional yield strength for compression $${\sigma }_{{0.2}_{\mathrm{from}\mathrm{well}}}=3100MP\mathrm{but}$$

. Then, with a safety factor k = 1.5, it is possible to determine the maximum permissible load on the profile mandrel

$$P={\sigma }_{{\mathrm{0,2}}_{сж}}\cdot S_0/k=3100\cdot 15/\mathrm{1,5}=31кН.$$

$$P={\sigma }_{{0.2}_{\mathrm{from}\mathrm{well}}}\cdot S_0/k=3100\cdot \mathrm{fifteen}/\mathrm{1,5}=31\mathrm{to}N.$$

Максимальное количество зубьев, оставляемых на испытуемых полумуфтах, определяется по формуле (1). Для следующих параметров: d₀=5,2 мм; t_з=1,5 мм (с учетом округления в меньшую сторону) число оставляемых зубьев в зависимости от материала испытуемых полумуфт будет следующим: сталь 10, m=10; сталь 50, m=6; сталь 40Х, m=4; сталь 30ХН2ФМА, m=2. Таким образом, если в испытуемых полумуфтах общее количество зубьев равно 6, то на полумуфтах, изготовленных из сталей 40Х и 30ХН2ФМА, перед испытанием необходимо удалить соответственно по 2 и 4 зуба.The maximum number of teeth left on the test coupling halves is determined by the formula (1). For the following parameters: d ₀ = 5.2 mm; t _s = 1.5 mm (taking into account rounding down), the number of teeth left depending on the material of the tested coupling halves will be as follows: steel 10, m = 10; steel 50, m = 6; steel 40X, m = 4; steel 30KHN2FMA, m = 2. Thus, if the total number of teeth in the tested coupling halves is 6, then on the coupling halves made of steel 40X and 30XH2FMA, before the test, 2 and 4 teeth must be removed, respectively.

Полученное среднестатистическое значение силы среза зубьев P сопоставляется с предварительно экспериментально обоснованным минимальным значением силы среза Р₀, обеспечивающим качественное функционирование исследуемых полумуфт. Если выполняется неравенство Р>P₀, то испытуемые полумуфты признаются годными.The obtained average statistical value of the shear force P of the teeth is compared with the previously experimentally substantiated minimum value of the shear force P ₀ , which ensures high-quality functioning of the investigated coupling halves. If the inequality P> P ₀ is fulfilled, then the tested coupling halves are recognized as suitable.

Предлагаемый способ выборочного контроля качества резьбовых и гребенчатых соединительных полумуфт легко вписывается в ГОСТ Р50779.50-95. Статистические методы. Приемочный контроль качества по количественному признаку.The proposed method for selective quality control of threaded and flange connecting coupling halves easily fits into GOST R50779.50-95. Statistical methods. Acceptance quality control by quantity.

К испытаниям предъявлена выборочная партия парных комплектов соединительных полумуфт (с указанными выше геометрическими параметрами) объемом 50 штук, изготовленная из стали 30ХН2ФМА с различными способами формообразования гребенки (резьбы) и подвергнутая различной заключительной термообработке. Результаты испытаний в виде удельной силы среза, приведенной на один срезаемый зуб, приведены в таблицеA selective batch of paired sets of coupling half-couplings (with the above-mentioned geometric parameters) of 50 pieces, made of steel 30XH2FMA with various methods of forming a comb (thread) and subjected to various final heat treatment, was presented for testing. The test results in the form of the specific shear force given on one tooth to be cut are shown in the table

№ п/пNo. p / p Способ изготовления гребенки (резьбы)A method of manufacturing a comb (thread) ТермообработкаHeat treatment Приведенная сила среза на 1 зуб (кН)The reduced shear force per 1 tooth (kN) 1one ФрезерованиеMilling НормализацияNormalization 7,207.20 22 ФрезерованиеMilling ЗакалкаQuenching 11,7511.75 33 ШтамповкаStamping ОтжигAnnealing 6,756.75 4four ШтамповкаStamping НормализацияNormalization 7,007.00 55 ШтамповкаStamping ЗакалкаQuenching 11,2011.20 66 Штамповка и калибровкаStamping and Calibration НормализацияNormalization 8,158.15 77 Штамповка и калибровкаStamping and Calibration ЗакалкаQuenching 13,1013.10

Таким образом, данный способ и реализующее его устройство позволяют оценивать комплексное влияние различных геометрических и технологических факторов на качество функционирования изготовленных соединительных полумуфт.Thus, this method and the device realizing it make it possible to evaluate the complex effect of various geometric and technological factors on the quality of functioning of the manufactured connecting coupling halves.

Claims (2)

1. Способ контроля качества резьбовых и гребенчатых соединительных полумуфт, включающий сборку испытуемых полумуфт с высокопрочной профильной оправкой, к которой прикладывают увеличивающуюся осевую нагрузку с их упором в опору, отличающийся тем, что предварительно на опору в виде зажимных губок устанавливают испытуемые полумуфты с внутренней резьбой или гребенкой в сборе с профильной оправкой, воздействуют независимой осевой силой и перемещают вниз зажимные губки до обеспечения радиальной, сжимающей полумуфты силы, эквивалентной их эксплуатационной нагрузке, увеличивают осевую силу, приложенную к профильной оправке, до срезания всех или нескольких зубьев резьбы или гребенки на испытуемых полумуфтах, фиксируют силу среза и сравнивают со значением, заранее экспериментально полученным и удовлетворяющим требованию качества к изготавливаемым полумуфтам.1. A method for controlling the quality of threaded and flange connecting coupling halves, including assembling test coupling halves with a high-strength profile mandrel, to which an increasing axial load is applied with their emphasis on the support, characterized in that the test coupling halves with internal thread are installed on the support in the form of clamping jaws or comb assembly with a profile mandrel, act with an independent axial force and move the clamping jaws down to provide a radial compressive coupling half-force equivalent to operation In a load increase axial force applied to the mandrel profile, cutting to all or several of the thread teeth or combs to test coupling parts, fixed shear force and compared with the value obtained experimentally in advance and meet quality requirement manufactured coupling half. 2. Устройство для контроля качества резьбовых и гребенчатых соединительных полумуфт, содержащее корпус и высокопрочную профильную оправку, отличающееся тем, что корпус выполнен в виде цилиндра с внутренней конической поверхностью, внутри которого размещены с возможностью перемещения по упомянутой поверхности зажимные губки с пружинами для их развода. 2. A device for controlling the quality of threaded and flange connecting coupling halves, comprising a housing and a high-strength profile mandrel, characterized in that the housing is made in the form of a cylinder with an internal conical surface, inside of which clamping jaws with springs are placed to move along said surface for their separation.