CC BY
9
Ryzhov Sergey Petrovich, engineer, fta09@br.ru, Russia, Rostov-on-Don, Rostov State Transport University (RSTU)
УДК 621.322
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-8-279-283
ЭКСПЕРИМЕНТ ПО ТЕХНОЛОГИИ ТОНКОГО ТОЧЕНИЯ В УСЛОВИЯХ ДЕЙСТВУЮЩЕГО ПРОИЗВОДСТВА
В.В. Жмурин, В.В. Хрячкова
В статье представлены экспериментальные исследования, направленные на повышения технологичности изготовления деталей в машиностроении путем внедрения технологии тонкой обработки. В результате их выполнения разработана новая методика назначения режимов резания, которая учитывает динамические особенности многоцелевых станков.
Ключевые слова: тонкое точение, шероховатость поверхности, режимы резания, финишная обработка, дисбаланс.
С целью подтверждения рассмотренных выше теоретических гипотез были проведены экспериментальные исследования в условиях действующего производства. В качестве объекта исследований была выбрана серийно изготавливаемая деталь «Ось фиксирующая» (рис.1). Она изготавливается из конструкционной легированной стали марки 30ХН2МФА по ГОСТ 45432016. Данную марку стали рекомендуется использовать для изготовления ответственных деталей, которые подвергаются воздействию динамических нагрузок при нормальных, пониженных или повышенных температурах.
Обработка выбранной детали заключается в точении диаметра 09h7 на длину 20 мм, с получением поверхности Ra1,25. В качестве заготовки использовался пруток диаметром 012 мм и длинной 450 мм. Перед выполнением токарной обработки заготовки прошли закалку до твердости 50—54 HRC в соответствии с требованиями чертежа. Перед финишной обработкой детали было выполнено её черновое и получистовое точение с получением размера 09,5(-0,1) вместо 09h7.
Обработка была проведена на токарном автомате продольного точения G32-HA/DE. В качестве режущего инструмента использовались пластины CCGW09T304S25-02020-LIB CBN 200 фирмы SECO с напайкой кубического нитрида бора с размером зерна 2 мкм. Радиус режущей кромки пластины составляет 0,4 мм. Перед обработкой был проведен замер фактического радиуса на каждой пластине. Его результаты показали, что он составляет 0,398-0,401 мм. Зажим заготовки осуществлялся в высокоточный цанговый патрон с пневматическим зажимом.
При назначении скорости резания и подачи на оборот были учтены рекомендации фирмы SECO. Согласно им, обработка заготовки должна выполняться со скоростью резания 113 м/мин и подачей на оборот 0,08 мм/об. Так как в зарубежных каталогах нет четких рекомендаций по выбору глубины резания, а приведен лишь диапазон её допустимых значений, были использованы рекомендации отечественных справочников. Согласно им, были назначены три глубины резания: 0,05 мм, 0,07 мм и 0,1 мм на которых при постоянной скорости резания и подаче проводилась экспериментальная обработка. Для каждого экспериментального исследования использовалась новая режущая пластина.
В процессе проведения экспериментальных исследований контролировались следующие параметры: диаметра 09h7, шероховатость обработанной поверхности и динамическое состояние шпинделя. Состояние шпинделя оценивалось с помощью контроля нагрузки, выполняемого системой ЧПУ. Для контроля размера 09h7 был использован микрометр №293-821-30 ф. Mitutoyo, обеспечивающим точность измерений 0,001 мм. Шероховатость поверхности измерялась пертометром MAHR M1. Полученные результаты исследований представлены в табл. 1.
Щ5мак
У Яа 125
120" &
ггьк
а б
Рис. 1. Обрабатываемая деталь: а - эскиз обработки; б - фотография деталей
Результаты экспериментальных исследований
Таблица 1
Нагрузка на шпиндель, % 3 4 5 6 7 8 9
Фактическое значение обрабатываемого размера, мм глубина резания, мм t=0,1 08,998 08,998 08,996 08,994 08,994 08,995 08,995
Шероховатость поверхности, мкм 0,63 0,63 0,7 0,9 0,9 0,75 0,8
глубина резания, мм t=0,07 08,998 08,996 08,991 08,992 08,992 08,994 08,994
Шероховатость поверхности, мкм 0,63 0,7 0,8 0,9 0,9 0,11 0,11
глубина резания, мм t=0, 5 08,996 08,996 08,994 08,988 08,987 08,991 08,993
Шероховатость поверхности, мкм 0,86 0,8 1,20 1,32 1,3 1,25 1,26
На основании результатов исследований был построен график изменения точности обработки от нагрузки на шпинделе (рис. 2). Анализ полученных зависимостей показал, что при различных глубинах резания на всех кривых имеется участок, на котором происходит изменение нагрузки и потеря точности обработки.
Рис. 2. График изменение точности обработки
При глубине резания 0,1 мм наблюдается равномерное снижение точности и возрастание нагрузки обусловленное изнашиванием режущей пластины. Поверхности обработанных деталей имеют шероховатость от 0,63 мкм до 09 мкм. Понижение точности обработки, а затем её повышение обусловлено приработкой режущей кромки инструмента.
Кривые полученные для деталей, обработанных с глубиной резания 0,07 мм и 0,05 мм имеют экстренном на котором наблюдается снижение точности и качества обработки. Так при глубине резания 0,05 мм в точке экстремума наблюдается снижение точности на 0,009 мм, сопровождаемое резким ухудшением качества поверхности с 0,86 мкм до 1,32 мкм. Контроль нагрузки на шпинделе показал её резкое увеличение с 5% до 7%, при этом система ЧПУ станка показывала в процессе обработки колебание нагрузки в пределах 6-7%, что говорит о нестабильности процесса резания. Причиной её возникновения является дисбаланс шпинделя.
При точении детали с глубиной резания 0,05 мм режущим инструментом с радиусом 0,4 мм приводит к тому, что площадь контактных площадок постоянно изменяется. В следствии этого происходит изменение величины угла сдвига, который во многом определяет механизм пластической деформации срезаемого слоя. Таким образом, режущая кромка инструмента через определенные периоды времени заново врезается в заготовку, что делает процесс резания прерывистым. Прерывистость процесса обработки является источником возникновения автоколебаний в зоне резания. При таких условиях изнашивание режущей кромки происходит более интенсивно. При увеличении глубины резания до 0,07 мм видно уменьшение величины экстремума обусловленное снижением интенсивности изменения контактных площадок и угла сдвига.
В следствии изнашивания происходит увеличение радиуса инструмента, что увеличивает площадь его контакта с заготовкой. Таким образом происходит стабилизация процесса резания и как следствие повышение точности и качества обработки детали, наблюдаемое на полученных кривых.
В процессе выполнения экспериментальных исследований после обработки каждой детали проводился замер радиуса на режущих пластинах с помощью видеоизмерительной системы OPG Vantage 300. Результаты полученных измерений представлены на рис. 3.
Результаты измерений показали, что интенсивность изнашивания режущих пластин различна. Для пластин, работавших с глубиной резания 0,1 мм изнашивание радиуса происходило равномерно. Общая величина его износа составила 0,08 мм. Под воздействием автоколебаний в зоне резания, пластины работавшие с глубиной резания 0,05 мм изнашивались неравномерно. Наибольшая интенсивность их износа до 0,11 мм наблюдалась при нагрузке на шпиндель 6-7%, далее в связи с уменьшением амплитуды колебаний скорость изнашивания уменьшалась. Общая величина износа радиуса составила 0,13 мм. Аналогично происходил износ радиуса на пластинах, работавших с глубиной резания 0,07 мм. Максимальная интенсивность их износа на 0,072 мм происходит при нагрузке на шпинделе 5%-6%, а общая величина их износа составляет 0,092 мм. Таким образом, результаты контроля степени износа радиуса режущей пластины подтвердили высказанные ранее предположения о нестабильности процесса обработки и дисбалансе шпинделя.
Список литературы
1. Аранзон М.А. Точение сталей и сплавов резцами из сверхтвердых синтетических материалов // КПтИ. Вып. 3. Куйбышев, 1977. С. 13-15.
2. Белецкий Д.Г. Тонкое точение. М.: ОБОРОНГИЗ, 1946. 256 с.
3. Веретенников В.Е. Параметры шероховатости поверхности закаленных сталей при тонком точении поликристаллами эльбора // Межвузовский тематический сборник научных трудов. Вып. 2. Куйбышев 1980. С. 8-13.
4. Маркова Л.Г., Витенберг Ю.Р., Курганов Г.И. Качество поверхности, закаленной стали обработанной поликристаллами эльбора // Технологические методы повышения качества деталей машин. Ленинград, 1978. С. 71-79.
5. Николаев В.А. Тонкое точение спеченных материалов. М.: Машиностроение, 1979.
64 с.
6. Справочник по резанию материалов GARANT // Институт Фраунгофера, Германия. 2010. 842 с.
7. Технология обработки металлов резанием: учебное пособие фирмы «SANDVIK Coromant». М., 2009. 346 с.
8. Токарная обработка: каталог и техническое руководство металлорежущего инструмента фирмы «SECO». М., 2021. 782 с.
9. Фрезерование: каталог и техническое руководство металлорежущего инструмента фирмы «SECO». М., 2021. 752 с.
10. ISCAR основной каталог // Каталог металлорежущего инструмента фирмы «ISKAR». М., 2019. 1165 с.
11. Mitsubishi. Общий каталог, токарный инструмент, вращающийся инструмент / каталог металлорежущего инструмента фирмы «Mitsubishi». М., 2020. 1352 с.
12. Общемашиностроительные нормативы времени и режимов резания для нормирования работ, выполняемых на универсальных и многоцелевых станках с числовым программным управлением. Ч 2 Нормативы режимов резания. М.: Экономика, 1990. 472 с.
Жмурин Владимир Викторович, канд. техн. наук., доцент, vladimir_zhmurin@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Хрячкова Валерия Валериевна, канд. техн. наук, доцент, hryachkovavv@mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
EXPERIMENT ON THE TECHNOLOGY OF FINE TURNING IN THE CONDITIONS
OF THE CURRENT PRODUCTION
V.V. Zhmurin, V.V. Khryachkova
The article presents experimental studies aimed at improving the manufacturability of parts in mechanical engineering by introducing fine processing technology. As a result of their implementation, a new method of assigning cutting modes has been developed, which takes into account the dynamic features of multi-purpose machines.
Key words: fine turning, surface roughness, cutting modes, finishing, imbalance.
Zhmurin Vladimir Viktorovich, candidate of technical sciences, docent, vladi-mir_zhmurin@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Khryachkova Valeria Valeryevna, candidate of technical sciences, docent, hryachko-vavv@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University
