CC BY
15АНАЛИЗ ИНТЕНСИВНОСТИ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО ПРИРАБОТАННОГО ИНСТРУМЕНТА, А ТАКЖЕ ЕГО НАДЁЖНОСТИ, СТОЙКОСТИ И
СТАБИЛЬНОСТИ > •
Б.Т. Мардонов, Проректор Навоийского государственного горного института, доктор технических наук, доцент
Ж.Р.Равшанов, Навоийский государственный горный институт
К.Т. Шеров, доктор технических наук,
Карагандинский государственный технический университет, г. Караганда, Казахстан
Аннотация. В статье приводятся результаты исследования параметров надёжности инструмента. Приработка инструмента повышает как стойкость, так и надёжность и его стабильность, что проявляется на таких параметрах как мода вероятности распределения стойкости, безотказности работы и диапазоне рассеивания стойкости.
Ключевые слова: Надёжность, стойкость, стабильность, точность, приработка, режущий инструмент.
Abstract. The article presents the results of a study of the parameters of the reliability of the tool. Tool running-in increases both durability and reliability and its stability, which manifests itself in such parameters as the mode of durability distribution probability, operation reliability and durability dispersion range.
Keywords: Reliability, durability, stability, accuracy, running-in, cutting tool.
ВВЕДЕНИЕ
На сегодняшний день, современное развитие машиностроения Узбекистана, требует обеспечения надёжности, стойкости и стабильности работы металлорежущего инструмента. При этом существенно повысились требования к точности и качеству поверхностного слоя обрабатываемых деталей, а точность размеров самих деталей возросли.
Необходимой эксплуатационной характеристикой металлорежущего инструмента является надёжность. С достижением износа предельного значения или же появлением сколов на режущей кромке теряется работоспособность зубообрабатывающего инструмента. Уголки зубьев и вершинный участок зуборезного инструмента считаются основной зоной, где образуются сколы величина, которых носит случайный характер. В большинстве случаев, в процессе дальнейшей эксплуатации зуборезного инструмента, величина скола остаётся неизменной. При низких скоростях резания и больших пределах выявляются образование сколов. Во многих случаях, на стойкость червячной фрезы m = 10 мм из Р6М5Ф, влияет скорость резания, что можно увидеть на рис. 1. На скорости V = 42, кривая достигает своего
максимума. Такой характер зависимости стойкости связан с появлением сколов, причем с увеличением скорости резания размер и количество скола уменьшаются и при скоростях выше V = 42 м/мин практически не выявляется, а кривая стойкости принимает вид типичной гиперболической формы.
Н, шт 200 160
120 30 40
О <i ° л / \
у / \ V L \
□ л \ \ \ \ \ N
' \ \ V □ \ \ \ \ \з
а2
20
30
40
50
V, т/мин
Рис. 1. Влияние скорости резания при обработке зубчатого колеса из стали 40Х на стойкость червячной фрезы m = 10 мм из Р6М5Ф: 1 - без приработки; 2 - с приработкой на скорость резания V=32,5 м/мин; 3 - с приработкой на скорость
резания V=42 м/мин
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Подобное можно сказать и при обработке зуборезной головкой конических зубчатых колёс из стали 12ХН3А (рис.2.). В этом случае максимальная значения стойкости приходится при скоростях резания равной V = 34 м/мин. После предварительной приработки, вид стойкостной зависимости в большинстве случаев схож с исходным, хотя находится на более высоком уровне, в основном, скорость резания, при которой максимальня стойкость, остаётся такой же и для приработанного инструмента. [1]
Стойкостные зависимости, червячной шлицевой фрезы до предварительной приработки и после предварительной приработки приведены на рис.3. В этом случае стойкостная зависимость характерно отличается от зубообработки, хотя присутствие «горба» остаётся связывающим признаком. Отличительной чертой износа инструмента т.е. червячной шлицевой фрезы является, очень редкое образование, а в некоторых случаях полное отсутствие скол в сравнении с процессом зубофрезерования. Положительный эффект от предварительной приработки проявляется не только в повышении стойкости, но и в возможности увеличения производительности обработки при сохранении первоначальной стойкости.
34
Рис. 2. Влияние скорости резания на стойкость зуборезной головки с ножами из Р6М5Ф3 при обработке конических зубчатых колес из 12ХН3А: 1 - без приработки; 2 - ^п=21 м/мин; 3 - Vп=29 м/мин; 4 - Vп=34 м/мин.
Рис. 3. Влияние скорости резания на стойкость червячной фрезы из Р9К6М при обработке валов из 12ХГСА ^=0,25 мм/зуб; t= 2,0 мм): 1 -без приработки; 2 - с приработкой на V=17,5 м/мин.
Таким образом технологически подходящей скоростью при обработке цилиндрических шестерен является V=32,5 м/мин, аналогичная максимуму стойкости. Скорость резания при предварительной приработке повышается до V=55...57 м/мин и при этом сохраняет или не теряет первоначальную стойкость (N=122 штук). Вовремя фрезеровании конических шестерен, технологическую скорость резания V=34 м/мин, можно поднять до V=55 м/мин.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Вышеуказанное свидетельствует о том, что метод предварительной приработки зубофрезерного инструмента можно рассматривать как один из эффективных способов повышения стойкости инструмента. При этом, с точки зрения эффективности, этот тип инструмента считается самым приемлемым. [2]
После каждой переточки зуборезного инструмента можно произвести предварительную приработку, потому что данный метод не нуждается в никаких дополнительных материально-технических затратах. Имеется возможность частично компенсировать не большие экономические убытки, которые возникают за счёт занижения режимов резания при предварительной приработке, совместив этот процесс с настройкой режущего инструмента на размер. Другим положительным моментом предварительной приработки является возможность отбраковки инструмента в самой начальной стадии эксплуатации, что снижает вероятность появления брака при поломке инструмента в эксплуатационный период.
Безусловно, стойкость инструмента считается главным технологическим показателем, но и его надёжность является не маловажным показателем в работоспособности режущего инструмента. Основным показателем режущего инструмента является надёжность, которая определяет его свойства выполнения технологических функции при этом не теряет свои эксплуатационные свойства в
35
течении необходимого промежутка времени в указанных пределах. Параметры надёжности можно отметить следующими показателями:
- Г(т)-плотность безотказной работы;
- Р(т)-вероятность безотказной работы;
- Цт)-интенсивность отказа.
Понятие, плотности распределения стойкости ассоциируется с законом распределения времени работы режущего инструмента до его износа, по задней поверхности который равняется Ь=1,0 мм. Для времени т можно определить точное значение/(т) [1]:
Аш(т)
(1)
f(T) =
n -At
здесь ^ш(т) -численность инструментов, отказавших в промежутке времени от
--1 ('♦-]>
2 ' и до V 2 ^
п-общий объем выборки или число рассматриваемых инструментов;
Ат -величина интервала времени в близи времени т.
Вероятность безотказной работы инструмента в пределах заданного времени т, не возникает при отказе режущего инструмента. Можно определить численное значение Р(т)
Р(Т) =
п (2)
где ш(т)-численность инструментов вышедших из строя за время т во всех рассматриваемых промежутках стойкости.
Интенсивность отказов, является главным показателем, которые объясняет причины выхода инструмента из строя. Интенсивность отказа инструмента Цт) можно объяснить вероятностью отказа режущего инструмента в единицу времени после периода т, при этом должно выполняться условие, что отказов до этого времени не возникало. Величина Цт) определяется по следующей формуле:
,, ч 2 • Дт(т)
где ^ и П]+1-численность режущих инструментов, годных для эксплуатации в самом начале и в конце интервала ] времени Ат,
Дх)
соответственно.
OA
0,2
/
V
/ / \
/ \
20
30
40
50
60
70
80
х, мин
36
Зная Цт) можно рассчитать среднюю стойкость инструмента, согласно формуле 1 п
Т = - = Ш[А,(т)]
n Т
i=1
(4)
где ^-стойкость первого инструмента
Ш[Мт)] - математическое ожидание стойкости режущего инструмента.
На рис 4. представлено параметры надёжности червячных фрез m = 10 мм из Р6М5Ф при обработке зубчатых колес из стали 40Х. Там же приведены аналогичные параметры после приработки.
Рис. 4. Параметры надежности червячной фрезы m = 10 мм без приработки (1) и с приработкой (2) Vр=62 м/мин, Vn=32,5 м/мин, ( по данным ТашАЗ)
Анализируя представленные результаты, можно отметить следующее. Плотность распределения стойкости червячной фрезы носит экстремальный характер близкий к симметричному закону распределения, при этом средняя стойкость до и после приработки соответственно составляет 35 минут и 65 минут. Диапазон рассеивания стойкости практически не изменился и составил до и после приработки ~ 30 минут. Однако в последнем случае характер распределения носит более экстремальный характер, выражающийся в том, что плотность стойкости в максимальном проявлении составила 0,45 по сравнению с обычным вариантом равным 0,37. Это отразилось на величине дисперсии, которая при эксплуатации обычного инструмента составила 8,8 минут, в то время как после приработки соответственно 6,5 минут. [3]
Вероятность безотказной работы показала разницу начала потери работоспособности. Так, первые признаки выхода из строя обычного инструмента
37
начинают проявляться после работы 25 минут, в то время как у приработанного только после 60 минут. В литературе по надёжности инструмента отмечается что более информативным параметром по сравнению со средней стойкостью инструмента является время, в течении которого сохраняется работоспособность инструментов с заданной степенью вероятности р. Эту величину определяют как Т(р) и легко находят по графику Р(т) - X . Так для случая р = 75% Т0(75) = 40 минут и Тп(75) = 67 минут соответственно без приработки и с приработкой, т.е. это означает, что при работе обычного инструмента в течении 40 минут 75% инструментов не потеряют своей работоспособности, для приработанного инструмента такое состояние достигнет после 67 минут работы.
Анализ интенсивности отказов показывает, что данный параметр в процессе работы инструмента постоянно возрастает, однако при работе обычной червячной фрезы степень роста Х(т) возрастает по мере работы и в диапазоне от 50 до 60 минут работы достигает максимального прироста. Исследования параметров надёжности инструмента по вышеописанной методике представляет определенные трудности, связанные с большими временными затратами. Поэтому в условиях ПО НМЗ надёжность инструмента была определена иной методике. Анализировался износ червячной фрезы m = 6,0 мм из Р6М5 после обработки 48 деталей (2-х сменная работа) на режимах резания V = 32 м/мм; S = 2,01 мм/об; t = 12 мм. Зубчатые колёса имели следующие характеристики: число зубьев Z = 72; ширина венца В = 40 мм, материал 30ХГТ.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
На основании изложенного можно сделать следующие выводы: Начальный период работы инструмента характеризуется трансформацией исходной структуры инструмента, связанной с её приспособлением к режимам контактного взаимодействия. В зависимости от деформационно-тепловых условий
фрикционного взаимодействия в контакте поверхностные слон инструмента могут раз упрочняться или упрочняться. Последние обстоятельство является главным для реализации приработки инструмента по аналогии с обкатной узлов трения машин, являющейся одним из эффективных и обязательных способов повешения работоспособности.
Приработка инструмента повышает как стойкость, так и надёжность и его стабильность, что проявляется на таких параметрах как мода вероятности распределения стойкости, безотказности работы и диапазоне рассеивания стойкости. Приработка червячных фрез более 1,6 раз снижает его радиальное биение, уменьшающее динамические возмущения силовых параметров процесса резаны.
ЛИТЕРАТУРА
1. 1. Mardonov B.T., Ravshanov J.R. Investigation of Deformation-Thermal Processes in the Structural Adaptability of the Tool. / International Journal of Advanced Research in Science, Engineering and Technology/ Vol. 8, Issue 9 , September 2021.
2. Мардонов Б.Т., Равшанов Ж.Р. Иследование микротвердости в контактном слое червячной фрезы. / Тезисы доклада IV Всероссийской научно-практической конференции, состоявшейся 27 сентября 2021 г. в г. Петрозаводске. с.-27
3. А.А. Жумаев, Ж.Р. Равшанов, Д.Т. Исаев. Роль деформационно-термических процессов в структурной приспосабливаемости
режущего инструменты. / Материалы Научном журнале «Вестник
магистратуры» том 6-5 (69), - Россия, Республика Марий Эл, г. Йошкар-Ола, 2017. -с-43.
4. Аскинази Б.М. Упрочнение и восстановление деталей машин электромеханической обработкой.
38
З.е изд. Перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1989. 200 с.
5. Гаркунов Д.Н. Триботехника. - М.: Машиностроение, 1985. 424 с.
6. Балтер М.А. Упрочнение деталей машин. 2-е изд. Перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1978. 184 с.
7. Верещака А.С., Третьяков И.П. Режущие инструменты с износостойкими покрытиями. - М.: Машиностроение, 1986. 192 с.
8. Грановский Г.И., Грановский В.Г. Резание металлов. - М.: Высшая школа, 1985. 304 с.
9. Зорев Н.Н., Фетисова З.М. Обработка резанием тугоплавких сплавов. - М.: Машиностроение, 1996. 266 с.
10. Ким В.А., Якубов Ф.Я. Влияние твердости на триботехнические свойства режущего инструмента. Тезисы доклада VII Всесоюзного симпозиума по механоэмиссии и механохимии твердых тел. Ташкент, 1979. с. 130..131.
11. Ким В.А., Якубов Ф.Я. Гипотеза термодинамического механизма износа. Сб. «Технология прогрессивной механической обработки и сборки». Выпуск №323. Ташкент, 1981. с 25...34.
12. Клепиков В.В. Определение жесткости упругой технологической системы токарных и фрезерных станков статическим и производственным методами [Текст] / В.В. Клепиков. — М.: МГИУ, 2011. — 35 с.
39
