CC BY
40
_Известия ТулГУ. Технические науки. 2017. Вып. 8. Ч. 2_
УДК 621.923
ХАРАКТЕРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССОВ РЕЗАНИЯ ПРЕРЫВИСТЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ
Е.А. Кудряшов, И.М. Смирнов, Т.Е. Каменева, Н.А. Хижняк
Детали машиностроительного назначения обладают обширным разнообразием форм, размеров и, как правило, имеют значительное количество поверхностей с разного рода пазами, отверстиями, выточками, создающими прерывистость резания и определенные трудности в обработке, связанные с сохранением стойкости инструментального материала. В статье показаны пути решения проблем прерывистого резания на основе разработанных предложений технологического и конструкторского характера.
Ключевые слова: поверхность, прерывистость, лезвийная обработка, инструментальный материал, композиты, производительность, качество.
Прерывистое резание характерно для многих технологических операций и составляет до 40 % от всего объема лезвийной обработки.
Особенности прерывистого резания обусловливают иной подход к последовательности выбора инструментального материала, геометрических параметров режущих элементов, назначения режимов обработки. Из-за частых врезаний и выходов режущих элементов из контакта с обрабатываемой поверхностью (частота и частость определяются конструктивной сложностью детали) становится проблематичным обеспечить не только стойкость инструмента, но и качественные показатели процесса обработки.
Учитывая высокую хрупкость лезвийных инструментальных материалов и особенно композитов, многократная встреча режущего элемента с элементами прерыва обрабатываемой поверхности (различные пазы, выточки, вспомогательные отверстия и др.) чаще всего приводит к поломке его вершины, даже в момент первоначальной встречи с заготовкой.
В рамках научной школы проф. Е.А. Кудряшова созданы конструкции инструмента, обоснованы условия оптимального контакта передней поверхности режущего элемента из различных инструментальных материалов с обрабатываемой поверхностью, исключающие негативные факторы прерывистого резания, получены математическое описание и графические модели процессов точения-конструктивно сложных поверхностей, наплавок, поверхностей, состоящих из разнородных конструкционных материалов, для торцового фрезерования, вихревого нарезания резьбы, обработки прерывистых поверхностей отверстий развертыванием-подтвержденные патентами РФ [1-11].
204
Рассмотрим возможности предложенного способа управления положением режущего элемента для повышения его работоспособности и исключения вероятности искажения профиля на примере решения задачи нарезания резьбы одиночным резцом на участие винтовой поверхности с пересечением ее элементом прерыва (наличие на винтовой поверхности продольного паза вдоль оси симметрии детали).
На этом участке резец проходит за один оборот детали четыре этапа, в том числе (рис. 1):
- первый этап: врезание в поверхность детали, точка 1;
- второй этап: рабочий ход, нарезание резьбы на участке винтовой поверхности, точки 1, 2, 3, 4, 5;
- третий этап: выход резца из контакта с поверхностью детали, точка 5;
- четвертый этап: холостой ход, пробег участка детали относительно неподвижного резца на участке винтовой поверхности, образованного пересечением элементарной поверхности второго порядка (вал) с элементом прерыва (паз) - участок детали, ограниченный точками 5-1, длиной Ь, глубиной а.
Рис. 1. Схема нарезания винтовой поверхности при наличии пересекающего элемента прерыва
При решении задачи могут иметь место два варианта:
1) режущий элемент установлен относительно обрабатываемой поверхности под углом наклона главной режущей кромки X = 0, в этом случае режущая кромка параллельна основной плоскости, стружка сходит в направлении главной секущей плоскости перпендикулярно главной режущей кромке;
2) режущий элемент установлен под углом + X, в этом случае вершина резца является самой низкой точной режущей кромки, стружка сходит к обработанной поверхности под положительным углом к главной секущей плоскости.
Положительный угол наклона главной секущей режущей кромки способствует разгрузке вершины резца, так как в момент врезания в деталь ударная нагрузка распространяется на более прочное место режущего элемента, удаленное от его вершины и режущих кромок, - точка О (рис. 2).
А
Рис. 2. Изменение формы передней поверхности режущего элемента
Наблюдение за состоянием режущего элемента показывает, что в состоянии контакта (точка О, рис. 2) первоначальная форма передней поверхности FAG под действием перпендикулярно направленных к режущим
I I
кромкам потокам стружки со скоростями Vq ,V\,V2,V\,V2 по мере резания трансформируется в многогранник FDA 'EG.
В этом положении вероятность возникновения погрешности профиля резьбы определяется зависимостью
Де = 8ф - е, (1)
где еф - фактический угол профиля резьбы, образованный вследствие изнашивания режущего элемента; е = 60° - номинальный угол при вершине режущего элемента (рис. 2).
Зависимость (1) показывает, что при первом варианте X = 0 и при втором варианте + X решения задачи величина фактического угла профиля резьбы определяется из выражения
K ■ tga
8Шеф = ' (2)
где К - коэффициент, учитывающий конструктивную сложность обрабатываемой поверхности; у - передний угол; a - задний угол.
206
Аналитически из выражений (1)-(2), а также рис. 2 следует, что
Ав = 2агС^
Г I ■ /2 Л
1-^-
\ (Гд - 0,5^2) + Н
(3)
где I - расстояние от вершины режущего элемента А до точки О - места первоначальной встречи режущего элемента с обрабатываемой винтовой поверхностью; Н - высота головки резьбы; гд - радиус детали.
Расчеты показывают, что при условиях (1)-(3), реализующих содержание способа управления положением режущего элемента, погрешность профиля резьбы, полученная одиночным резцом, не превышает величины (20-25)' при нормативе ±(30)', в обоих вариантах рассмотрения задачи, что согласно ГОСТ 16093-81 приемлемо для требуемой точности обработки.
К достоинствам разработанного способа относится замена условий первоначального контакта вершины и режущих кромок инструмента с обрабатываемой винтовой поверхностью при высокой вероятности их разрушения на контакт в области точки О передней поверхности режущего элемента (см. рис. 2) [12-16].
Список литературы
1. Повышение устойчивости процесса точения демпфирующим резцом / Е.А. Кудряшов, Е.И. Яцун, Е.В. Павлов [и др.] // Известия ЮЗГУ. 2011. №3(36). С. 122 - 125.
2. Методология формирования режущей части энергосберегающих комбинированных инструментов / Е.А. Кудряшов, Е.И. Яцун, Е.В. Павлов [и др.] // Труды XVIII Международной научно-технической конференции «Машиностроение и техносфера XXI века». Севастополь; Донецк. 2011. Т. 3. С. 231 - 234.
3. Смирнов И.М. Повышение эффективности процессов механической обработки конструктивно сложных деталей машин. М.: Триумф, 2012. 224 с.
4. Кудряшов Е.А., Смирнов И.М. Поиск оптимальных решений при проектировании процессов механической обработки // Системы. Методы. Технологии. Братский государственный университет. Братск. 2014. №3(23). С. 94 - 98.
5. Кудряшов Е.А., Смирнов И.М., Яцун Е.И. Выбор инструментального обеспечения процессов чистовой обработки конструктивно сложных поверхностей деталей // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2014. №12(42). С. 10 - 14.
207
6. Кудряшов Е.А. Выбор базовой детали для экспериментального исследования метода обработки конструктивно сложных винтовых поверхностей деталей класса Валы // Известия ЮЗГУ. 2014. №6(57), С. 26 - 32.
7. Кудряшов Е.А., Смирнов И.М. К вопросу выбора рациональной марки инструментального // Системы. Методы. Технологии. Братский государственный университет. Братск. 2014. №2(22). С. 118 - 125.
8. Патент РФ 2479385 на изобретение. МПК B23B 27/00. Демпфирующий резец с регулируемой жесткостью / Новиков С.Г.; Малы-хин В .В.; Кудряшов Е.А.; Яцун Е.И.; Домарев Н.В. Опубл. 20.04.2013. Бюл. № 11.
9. Патент РФ 2457078 на изобретение. МПК B23B 27/00. Универсальный демпфирующий резец / Новиков С.Г., Малыхин В.В., Яцун Е.И., Кудряшов Е.А., Павлов Е.В., Фадеев А.А., Домарев Н.В. Опубл. 27.07.2012. Бюл. № 21.
10. Патент РФ 2479885 на полезную модель. Способ обработки резанием с ударом / Смирнов И.М., Кудряшов Е.А., Яцун Е.И., Алтухов А.Ю., Лунин Д.Ю. Опубл. 27.07.2014. Бюл. № 21.
11. Положительное решение на полезную модель. Способ обработки винтовых поверхностей с ударом / Кудряшов Е.А., Каменева Т.Е. Заявка 2016111239/02 (017733) от 25.03.2016.
12. Кудряшов Е.А., Смирнов И.М. К выбору рационального способа восстановления работоспособности изношенных поверхностей деталей // Известия Юго-Западного государственного университета. Сер. «Техника и технологии». 2014. № 12 (42). С. 10 - 14.
13. Смирнов И.М. Инструментальное обеспечение процессов механической обработки конструктивно сложных деталей машин: М.: Триумф, 2014. 128 с.
14. Кудряшов Е.А., Смирнов И.М. Применение метода управления режущей частью инструмента для повышения эффективности процесса прерывистого резания // Известия Юго-Западного государственного университета. Сер. «Техника и технологии». 2013. № 4. С. 23 - 28.
15. Кудряшов Е.А., Смирнов И.М. Эффективная работа инструмента из композита при скоростном фрезеровании резьбы // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). Новосибирск. 2013. № 2(59). С 25 - 32.
16. Кудряшов Е.А., Смирнов И.М., Каменева Т.Е. Основные операции и характеристика методов изготовления резьб // Известия Юго-Западного государственного университета. Сер. «Техника и технологии». 2013. № 3. С. 133 - 138.
Кудряшов Евгений Алексеевич, д-р техн. наук, проф., kea-swsuamail.ru, Россия, Балашиха, Научно-исследовательский инженерный институт,
Смирнов Игорь Михайлович, д-р техн. наук, доц., oaoniiia.pochta.ru, Россия, Балашиха, Научно-исследовательский инженерный институт,
Каменева Татьяна Евгеньевна, асп., Taska015amail.ru, Россия, Курск, Юго-Западный государственный университет,
Хижняк Николай Андреевич, асп., kraxmallla,yandex.ru, Россия, Балашиха, Научно-исследовательский инженерный институт
SPECIFIC FEA TURES OF CUTTING PROCESSES OF PARTS WITH INTERMITTENT
SURFACES
E.A. Kudryashov, I.M. Smirnov, T.E. Kameneva, N.A. Khizhnyak
Mechanical engineering parts have a wide variety of shapes and sizes and, as a rule, they have a significant number of surfaces with various grooves, holes and slots creating intermittent cutting and processing difficulties associated with maintaining the cutting tool material life. The article shows the ways of solving the problems of intermittent cutting based on the developed technological and design proposals.
Key words: surface, intermittency, cutting, cutting tool material, composites, productivity, quality.
Kudryashov Evgeniy Alekseevich, doctor of technical sciences, professor, kea-swsu@mail.ru, Russia, Balashikha, Scientific Research Engineering Institute,
Smirnov Igor Mikhailovich, doctor of technical sciences, docent, oaoniiiapochta. ru, Russia, Balashikha, Scientific Research Engineering Institute,
Kameneva Tatyana Evgenievna, postgraduate, taska015@mail. ru, Russia, Kursk, Southwest State University,
Khizhnyak Nikolay Andreevich, postgraduate, kraxmallla, yandex. ru, Russia, Balashikha, Scientific Research Engineering Institute
