CC BY
32
ляется увеличение длины протяжки и, соответственно, ее стоимости.
для чётного числа губке
1-е перо
ААЛЛМ!7лЛЛМ 1?
для нечётною числа зубьев
1-е перо 3-е пер и т,д,
перо лгро К тЛ
yv\z\ЛЛ
2-е перо с перо и mrfr
а) б)
для чётчко чини зубьев
г^гиЛПАЛ ОЛЛААД
профиль Черновы! зубьев профил чистовых зуСъев
(перья 1,3) {мри 2,4)
*)
Рис. 2. Схемы снятия фасок для разделения стружки
Рис. 3. Многосекционные метчики-протяжки
При нарезании резьбы метчиками значительная часть энергии затрачивается на преодоление сил трения, возникающих на боковых поверхностях резьбы. В связи с этим снижается стойкость метчика-протяжки и могут наблюдаться его поломки. Снижение сил трения за счет уменьшения поверхностей соприкосновения резьбы метчика и нарезаемой детали достигается при применении метчиков-протяжек с корригированным профилем (рис. 4). Угол профиля резьбы таких метчиков делается меньше номинального значения угла профиля нарезаемой резьбы на 1-50. Это создает боковые зазоры между режущими зубьями метчика и витками резьбы детали. Требуемый профиль резьбы детали может быть получен при определенной величине обратной конусности, определяемой по формуле:
- а п а, № = -1),
где 5 - половина угла обратного конуса;
ап, а, - углы профиля резьбы и метчика соответственно.
Метчики-протяжки с увеличенной обратной конусностью и соответственно корригированным профилем оправдывают себя при обработке вязких металлов, жаропрочных и титановых сплавов и т.п.
С целью перераспределения загрузки режущих зубьев также используется шахматно-профильная и шах-матно-последовательная схемы резания. В этом случае срезаются отдельные участки режущих кромок в шахматном порядке, за счет чего перераспределяется загрузка отдельных участков кромок и создаются более работоспособные инструменты. При шахматном расположении зубьев контакт метчика с деталью является односторонним, что устраняет заклинивание метчика и разрушение витков нарезаемой в вязких материалах резьбы. При обработке жаропрочных материалов и титановых сплавов шахматное расположение зубьев на заборной части позволяет без увеличения крутящего момента повысить толщину среза и осуществить резание вне зоны наклепанного слоя. Это улучшает условия работы метчика.
Рис. 4. Схемы резания корригированным метчиком-протяжкой
Основной недостаток инструментов с шахматным расположением зубьев заключается в высокой трудоемкости изготовления и, соответственно, его высокой стоимости.
Список литературы
1. Гениатулин А.М., Кузнецов В.П., Схиртладзе А.Г. и др. Технология производства крепежа: Учебное пособие. - Старый Оскол: ООО «ТНТ», 2007.-360 с.
УДК 621.91 А.М. Гэниатулин
Курганский государственный университет
ДИАГНОСТИКА ИЗНОСА ТОКАРНЫХ РЕЗЦОВ И ФОРМЫ СТРУЖКИ
Аннотация
Приведена методика использования компьютерной симуляции при проведении лабораторной работы по диагностике износа токарных резцов и формы стружки.
Ключевые слова: токарные резцы, износ, стружка, диагностика.
A.M. Geniatulin Kurgan State University
DIAGNOSTICS OF TURNING CUTTERS WEAR-OUT AND THE SHAVING FORM
Annotation
The technique of use of computer simulation is resulted at carrying out of laboratory work on diagnostics of deterioration of turning cutters and shaving forms.
Key words: turning cutters, deterioration, shaving, and diagnostics.
Эффективность работы автоматизированного оборудования (металлорежущие станки с ЧПУ обрабатывающие центры, гибкие производственные модули и др.) в большой степени определяется надежностью режущего инструмента, сохранением состояния процесса резания в определенных пределах.
Надежность технологического процесса обработки
деталей резанием - это свойство процесса обеспечивать в течение заданного времени выпуск деталей требуемого качества при обработке на установленных режимах и в принятых условиях. Одним из слабейших элементов технологической системы является инструмент Надежность инструмента - это его свойство в процессе обработки деталей сохранять свои эксплуатационные показатели в течение требуемого времени. Отказ режущего инструмента - событие, заключающееся в нарушении его работоспособного состояния.
Одним из основных путей повышения надежности режущего инструмента является диагностика состояния режущего инструмента в процессе резания и самого процесса резания.
Наибольшую информацию о состоянии режущего инструмента при его диагностировании можно получить при измерении величин самого износа и получаемого размера обработки в месте взаимодействия режущего инструмента с обрабатываемой деталью. Однако методы измерения этих величин в процессе резания являются сложными и требуют наличия сложной аппаратуры.
На практике большее распространение получили так называемые косвенные методы диагностирования состояния режущего инструмента и процесса резания: динамометрические, температурные, акустоэмиссионные и другие методы.
Величина износа (износ по задней поверхности И3) режущего инструмента существенно влияет на значения сил резания, температур, амплитуд колебательных движений элементов технологической системы. Наиболее полно разработаны математические модели, связывающие величины сил резания и температур с величиной износа режущего инструмента. Значительно менее изучены связи между износом инструмента и амплитудами колебательных движений элементов технологической системы. Поэтому при обработке конкретного материала эти связи в каждом случае необходимо устанавливать заново.
Одной из задач диагностики процесса резания является определение при резании конкретного обрабатываемого материала отдельных элементов соответствующих математических моделей с целью использования этих моделей при применении адаптивных систем управления.
Систему диагностирования следует рассматривать как совокупность объекта - режущего инструмента и средств его диагностирования. Характер возможных изменений в состоянии инструмента определяет алгоритм диагностирования и структуру системы.
При оптимальных условиях эксплуатации инструмента, имеющего оптимальные параметры начального состояния, доминирующим является отказ вследствие изнашивания рабочих поверхностей. В таком случае в качестве критерия состояния должна быть такая мера износа, которая будет удовлетворять следующим требованиям:
- однозначно во всех стадиях изнашивания вплоть до отказа отображать изменения в состоянии инструмента как по геометрии режущей части, так и по свойствам инструментального материала;
- монотонно возрастать в зоне нормального изнашивания;
- быть удобной для точных измерений;
- информативно отображаться параметрами процесса резания, принятыми в качестве диагностических признаков.
Контроль повреждений в инструменте для диагнос-
тирования его состояния может производиться периодически или непрерывно. Периодический контроль связан с прямыми методами измерения геометрических параметров инструмента, с помощью которых могут быть определены: поломка, скалывание, износ режущего участка. Измерения могут осуществляться в рабочей зоне станка с прерыванием цикла обработки либо в специальной позиции инструментального магазина.
Косвенные методы измерения, выполняемые в процессе резания, являются более предпочтительными. В связи с этим вторым этапом методического подхода к разработке систем диагностирования является определение косвенных диагностических признаков состояния инструмента. При этом признаки выявляются экспериментально. Однако установленная взаимосвязь процессов в объектах, участвующих в резании, взаимосвязь параметров, характеризующих эти процессы, позволяют осознанно ограничивать рамки экспериментов.
В качестве диагностических признаков широко используются сигналы различных физических явлений, сопровождающих процесс резания. Это прежде всего технологические составляющие силы резания, параметры колебаний в широком диапазоне частот вплоть до акус-тоэмиссионных колебаний (АЭ), электрические параметры (ЭДС), параметры магнитных полей у зоны резания, мощность, потребляемая на осуществление процесса резания и др. Все они отражают контактные процессы при резании, разрушение инструмента и обрабатываемого материала.
В основе диагностирования состояния инструмента лежит предположение об обратимости зависимости между параметром его состояния и другими параметрами, являющимися его косвенными диагностическими признаками П1, П2, ..., Пп.
При заданных условиях надежность диагностирования зависит от информативности диагностического признака П,. Под информативностью понимается отношение величины его изменения д П, к величине изменения параметра состояния д Ц . При этом в связи с нестационарностью процесса резания значение П, может колебаться около среднего значения с определенной амплитудой и частотой. Для расчета информативности принимаются средние значения П,. Наиболее информативные из ряда диагностических признаков те, которые имеют большую величину К. Она находится из соотношения: К= д П, / д Ц .
Для изучения методики диагностирования износа токарных резцов и формы стружки на кафедре «Технология машиностроения, металлорежущие станки и инструменты» КГУ выполняется компьютерный симулятор лабораторной работы, разработанной кафедрой резания материалов в Московском государственном технологическом университете «Станкин» на базе АСНИ ОР процесса резания [1]. Для проведения компьютерной лабораторной работы составлены методические указания [2].
В АСНИ ОР использован следующий набор датчиков:
- силоизмерительные по ортогональным осям;
- датчик ЭДС резания;
- вибрационные;
- датчики тока для измерения мощности приводов главного движения и привода подач.
Схема расположения датчиков на токарном станке для измерения сил резания и мощности приведена на рис.1.
Рис. 1. Схема расположения датчиков на токарном станке: 1 - тензометрический подшипник; 2, 3 - тензометрические опоры ходовых винтов; 4 - датчик мощности привода
главного движения; 5 - датчик мощности привода продольной подачи; 6 - датчик силы в державке резца
Параметры обработки Уровень 1 Уровень 2
Материал заготовки Сталь 45 12Х18Н10Т
Угол в плане, град 93 45
Форма передней поверхности С выкружкой Плоская
Материал режущей части Т15К6 ВК8
Для исследования влияния режимов резания (значения которых заданы в протоколе) на функциональные параметры (диагностические признаки) процесса резания нужно обратиться к пункту [Выбор признака] и по датчику на схеме стенда (рис.1) или по списку выбрать исследуемый функциональный параметр (табл. 2).
Рис. 2. Структурная схема измерительного канала
Пример передачи информации из зоны резания силоизмерительному каналу с графической иллюстрацией выполняемых процедур в обобщенном виде показан на рис. 2.
Программное обеспечение позволяет получение информации от датчиков процесса резания в режиме имитации процесса точения, просмотр на экране графика изменения диагностического сигнала (рис. 3), заполнение протокола испытаний, математическая обработка, графическое отображение результатов обработки на экране терминала.
Главное меню программы:
1. Выбор параметров;
2. Зависимости П=1(Б^Д);
3. Диагностика;
4. Контроль формы стружки;
5. Выход.
Выбор параметров
Обращение к выбору параметров позволяет выбрать материал заготовки, форму и материал режущей части инструмента (табл. 1).
Таблица 1
Параметры обработки
Рис. 3. Графики сигнала силы Ру в момент измерения: а -износ Ь3 = 0; б - износ Ь3 = 0,6 мм
Таблица 2
Выбор диагностического признака для контроля износа
№ п/п Вид диагностического признака Обозначение
1 ЭДС резания Э
2 Высокочастотные колебания Wa1
3 Мощность привода по оси X N2
4 Сила по оси Ъ Р2
5 Сила по оси У Р.
6 Сила по оси X Рх
7 Низкочастотные колебания Wa2
8 Мощность привода главного движения N1
Исследование зависимостей
С целью получения зависимостей нужно назначить параметры режимов резания, которые заносятся в таблицу путем обращения к пункту меню [Заполнение протокола].
Для получения сигнала выбранного диагностического признака нужно обратиться к пункту [Получение зависимостей] и для всех строк протокола запустить имитацию процесса точения. Нажатие клавиши 1=5 позволяет увидеть график сигнала датчика в момент измерения (см. пример на рис. 3).
После заполнения последней строки протокола нажатие клавиши Р5 позволяет получить графики зависимостей П = 1 (Б), П = 1 (V), П = 1 (1) для каждой серии из четырех измерений и построить математическую модель их зависимостей в виде функции П = 1 (Б^Д).
Данные действия можно повторить для всех тех функциональных признаков, влияние режимов резания на которые планируется исследовать.
Диагностика
Для разработки алгоритма диагностики необходимо сначала выбрать характер обработки (чистовая или получистовая) и информативный диагностический при-
знак. Затем для всех предлагаемых значений износа необходимо получить диагностический сигнал. Нажатие клавиши Р5 позволяет получить график зависимости П = ^ИЭ).
Эти действия нужно повторить для всех диагностических признаков.
В результаты обработки экспериментальных данных следует выбрать наиболее информативный диагностический признак.
Анализ информативности
Обращение к пункту [Анализ информативности] позволяет получить окно со списком функциональных признаков и их дисперсий с соответствующим коэффициентом информативности Е. Выбрав наиболее информативный диагностический признак, имеющий максимальный коэффициент информативности Е, рассчитывается коэффициент уставки.
Зная коэффициент уставки, можно рассчитывать величину уставки - предельно допускаемое значение диагностического признака для допускаемого износа.
Контроль формы стружки
На данном этапе работы программа позволяет исследовать зависимость формы стружки от подачи и глубины резания, построить диаграмму существования благоприятной формы стружки. Для этого необходимо провести исследования формы стружки для определенных сочетаний Б, 1 , пользуясь имитацией процесса точения.
Нажатием клавиши Р5 достигается построение диаграммы изменения формы стружки на всем пространстве изменения режимов резания.
Цвета сетки :
• зеленый - благоприятная форма стружки;
• желтый - переходная форма стружки;
• красный - неблагоприятная форма стружки.
Исследование зависимостей позволяет выявить
информативный диагностический признак, наиболее точно отражающий изменение формы стружки.
Выводы:
1. В работе предложено использование компьютерной лабораторной работы для диагностики износа токарных резцов и формы стружки.
2. К достоинствам данной лабораторной работы относится наглядность представления исследуемых зависимостей, быстрота нахождения главных физических закономерностей процесса резания.
3. Использование компьютерных программ при выполнении лабораторных работ, помимо всего прочего, делает для студентов саму эту процедуру более интересной и увлекательной.
Список литературы
1. Синопальников В.А., Григорьев С.Н. Надежность и диагностика
технологических систем: Учебник. - М.: Высш. шк., 2005.- 343 с.
2. Диагностика износа токарных резцов и формы стружки: Методичес-
кие указания к выполнению компьютерной лабораторной работы.-
Курган: Изд-во Курганского гос.ун-та, 2009.- 12 с.
УДК 621.751
А.М. Гэниатулин, В.П. Кузнецов Курганский государственный университет
К ВОПРОСУ О ВЫБОРЕ МАТЕРИАЛА
РЕЗЬБООБРАЗУЮЩИХ
ИНСТРУМЕНТОВ
Аннотация
Приведены рекомендации по выбору материала режущей части резьбообразующих инструментов из быстрорежущих сталей, предлагаемых французским концерном «ERASTEEL».
Ключевые слова: резьбообразующие инструменты, быстрорежущие стали, французский концерн «ERASTEEL».
A.M. Geniatulin, V.P. Kusnetsov Kurgan State University
TO THE QUESTION OF MATERIAL TREADING TOOLS CHOICE
Annotation
Adduce recommendations for material; choice of a cutting part treading tools from the fast-cutting steels offered by French concern «ERASTEEL».
Key words: treading tools, fast-cutting steels, French concern «ERASTEEL».
Качество режущего инструмента в большой степени определяет качество и себестоимость изготавливаемых с его помощью изделий. В свою очередь, качество инструмента зависит от качества материала, из которого он произведен. Быстрорежущая сталь (БРС) является одним из основных видов инструментальных материалов для изготовления резьбообразующих инструментов. Эта высоколегированная сталь (W, Mo, Co, V) обязана своим названием способности сохранять стойкость при обработке металлов.
По нашей оценке за последние 7-8 лет производство БРС в России упало приблизительно в 7-9 раз. Это не могло не привести к снижению качества выпускаемой стали, уменьшению ассортимента и росту цен. Сейчас уже практически невозможно найти специальные марки БРС с повышенным содержанием кобальта, вольфрама и т.д. В такой ситуации логичным выглядит появление на российском рынке зарубежных компаний, предлагающих эту продукцию. Крупнейшим в мире производителем БРС, контролирующим 30% мирового рынка, является французский концерн «ERASTEEL».
«ERASTEEL» выпускает как традиционные для российского рынка марки, так и стали, которые в России или не применялись, или применялись только спецпотребителями, когда обычные быстрорежущие стали не удовлетворяли по своим свойствам. В настоящее время «ERASTEEL» предлагает более 30 марок быстрорежущей стали широкой гаммы типоразмеров.
Из известных нашим инструментальщикам сталей «ERASTEEL» предлагает аналоги марок: Р6М5, Р18, Р6М5К5, Р3М3Ф2, Р6М5Ф3, Р12Ф4. Соответствие химического состава сталей фирмы «ERASTEEL» российским маркам позволяет изготавливать инструмент по отработанным на предприятиях технологиям термообработки.
