Исследование обеспечения необходимой шероховатости поверхности крупногабаритных вращающихся деталей приставными станочными модулями Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

МАШИНОСТРОЕНИЕ

Федоренко М.А., канд. техн., наук, профессор, Бондаренко Ю.А. д-р. техн., наук, профессор, Федоренко Т.М., аспирант

Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова

ИССЛЕДОВАНИЕ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НЕОБХОДИМОЙ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ВРАЩАЮЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ ПРИСТАВНЫМИ СТАНОЧНЫМИ МОДУЛЯМИ

В статье приведены результаты исследований обеспечения необходимой шероховатости поверхности крупногабаритных вращающихся деталей приставными станочными модулями с применением ротационных резцов и рассмотрено влияние основных параметров ротационных резцов на шероховатость поверхности.

Одним из важнейших показателей при обработке крупногабаритных вращающихся деталей приставными станочными модулями является шероховатость рабочей цилиндрической поверхности.

Технологическое обеспечение эксплуатационных свойств деталей неразрывно связано с обеспечением параметров состояния поверхностного слоя деталей, определяющих их эксплуатационные свойства. Для решения этой задачи необходимо рассмотреть теоретические аспекты взаимосвязи параметров состояния поверхностного слоя деталей, с условиями их обработки. Исходная схема для расчета систематической составляющей профиля шероховатости при механической обработке показывает, что высота профиля шероховатости определяется равенством

я2 = К + К + К + н4,

где И , И , И , И4 - составляющие профиля шероховатости, обусловленные формой инструмента и кинематикой его перемещения, деформацией материала в зоне контакта, с инструментом, шероховатостью рабочей части инструмента.

При обтачивании деталей получим следующее уравнение с учетом статической жесткости оборудования:

Я = к^ гк* (50 + у) * акб й .

Исходя из априорной информации установлено, что на процесс возникновения шероховатости при обработка ротационными резцами оказывают влияние следующие факторы: геометрические параметры резца - радиус, подача, скорость резания, глубина резания, углы установки резца.

Следовательно, что шероховатость поверхности в

данных условиях обработки является функцией от следующих факторов:

Я2 = / (Я, V, Б, г, ю, ф),

где: Я - радиус режущей чашки, м; V - скорость резания , м/с; 5 - подача, м/об; г - глубина резания, м; ф - угол установки оси режущей чашки в горизонтальной плоскости; ю - угол установки режущей чашки в вертикальной плоскости.

Входящие в выше приведенную функцию члены имеют степенную зависимость. Таким образом, полученная функция учитывает основные факторы, оказывающие влияние на шероховатость поверхности и позволяет определить ее, а также рассчитать величины входящих элементов при обработке крупногабаритных валов.

Получим критериальное уравнение, позволяющее рассчитать величину шероховатости поверхности цапф в зависимости от факторов, оказывающих основное влияние на процесс ротационного резания:

Я

г

Я

'Я ^

(ф)»Е.

Представленное уравнение позволяет правильно выбрать количественные факторы, для обеспечения процесса резания.

Знание характера влияния параметров режима резания на состояние поверхностного слоя позволяет обеспечивать его заданное качество.

По результатам исследований влияния подачи 5 на изменение шероховатости обрабатываемой поверхности построены графические зависимости (рис. 1). Кривые 1, 2, 3 получены при соответственно максималь-

ных, средних и минимальных значениях основных параметров режима резания и при изменении подачи от £ = 0,2 мм/об до £ = 0,7 мм/об.

Исследованиями установлено, что изменение шероховатости при £ = уаг Iа происходит по кривой, которую можно аппроксимировать прямой, расположенной под углом, близким к 70° к оси 0£. Отсюда следует, что увеличение подачи значительно влияет на шероховатость поверхности.

0,2 0,3 ОЛ 0,5 0,6 0,7 £мм/об

Рис. 1. Зависимость шероховатости поверхности Я2 от подачи £:

1. V — 1508 мм/с, Я — 16 мм I — 0,7 ММ, ф = 60°, ш — 150,

2. V — 1200 мм/с, Я -13 мм t — 0,4 мм, ф = 400, ш — 100

Увеличение подачи £ и глубины резания X приводит к усилению колебаний шпинделя ротационного резца, одновременно возрастает шероховатость обработанной поверхности.

Толщина срезаемого слоя оказывает влияние на степень деформации поверхностного слоя детали. С увеличением подачи £ увеличивается длина контакта стружки с передней поверхностью инструмента, уменьшается деформация срезаемого слоя, увеличивается сила резания; увеличение подачи ведет и к росту высоты гребешков обработанной поверхности.

С увеличением подачи £ от 0,2 мм/об до 0,7 мм/об шероховатость увеличивается от Я2 — 0,016 10-4 мм до Я2 — 3,13 • 10-3 мм, аналогичное увеличение подачи £ при изменении основных параметров резания ведет к увеличению шероховатости поверхности от Яг — 7,8• 10-5 мм до Я2 — 2.4 • 10-3 мм при наименьших значениях основных факторов и увеличении подачи £ от 0,2 мм/об до 0,7 мм/об высота неровностей изменяется от Я2 — 5,7 • 10-5 мм до Я2 — 1,7 10-3 мм.

Таким образом, установлено, что на шероховатость

поверхности влияет подача £, но кроме этого оказывает влияние и глубина резания X.

Изменение радиуса режущей чашки ротационного резца Я приводит к значительному изменению шероховатости поверхности.

В результате экспериментов получены данные, на основании которых построены графики величин изменения шероховатости (рис.2).

Кривые I и 2 получены при различных значениях скорости V, подачи £, глубины резания X, углов установки резца ф и ш. Все кривые получены при Я — уаг ¡а , причем радиус режущей кромки резца изменялся от 10 мм до 16 мм.

Исследованиями установлено, что на интервале изменения Я от 10 до 12 мм происходит резкое уменьшение шероховатости, в диапазоне Я от 12 мм до 14 мм интенсивность уменьшения шероховатости падает и на интервале Я от 14 мм до 16 мм величина шероховатости обработанной поверхности уменьшается незначительно. Так на интервале Я от 10 мм до 12 мм (кривая I) шероховатость уменьшается с Я2 — 0,049 мм Я2 — 0,0169 мм на интервале Я от 12 мм до 14 мм шероховатость поверхности уменьшается с Я2 — 0,0169

мм до Я2 — 6,8 10-3 мм, а в диапазоне изменения Я от 14 мм до 16 мм происходит уменьшение шероховатости от Я2 — 6,8 • 10-3 мм до Я2 — 3,13 10-3 мм.

МКМ 20

15

10

5

О 10 12 % 16 А7, мм

Рис. 2. Зависимость шероховатости поверхности Яг от радиуса режущей чашки резца:

1. V —1508 мм/с, t — 0,7 мм, 5 — 0,7мм, ф — 600, ш — 150,

2. V —1200 мм/с, t — 0,4 мм 5 — 0,4 мм ф — 400, ш — 100

Установлено, что увеличение радиуса режущей чашки резца ведет к уменьшению шероховатости обработанной поверхности.

Из полученных данных эксперимента установлено,

что наибольшее значение шероховатости было получено при максимальных значениях величин основных факторов и при Я = 10 мм высота неровности была равна

Я2 = 0,049 мм (кривая 1).В этом случае мы имеем неблагоприятные условия для резания.

Рис. 3. Зависимость шероховатости поверхности Яот угла поворота оси режущей чашки ф:

1. V = 1 508 мм/с, г = 0,7ММ , 5 = 0,7мм, Я = 1 6мм, ю = 1 50,

2. V = 1 200 мм/с, г = 0,4мм/, 5 = 0,4мм Я = 1 3мми, ю = 1 00

В результате проведенных исследований установлено, что радиус режущей чашки резца Я значительно влияет на шероховатость.

Радиус режущей чашки резца является основным параметром, оказывающим значительное влияние на высоту шероховатостей.

Согласно проведенным исследованиям с увеличением угла поворота оси режущей чашки в горизонтальной плоскости изменяется и шероховатость поверхности об-раб атыв аем ой цапфы [1].

Программой исследования было предусмотрено изменение угла поворота оси режущей чашки в горизонтальной плоскости в пределах 15° ... 60°. Изменение величины угла поворота ф от 15° до 60° влияет на величину шероховатости обработанной поверхности.

На рис. 3 представлена графическая зависимость шероховатости поверхности обрабатываемой детали в зависимости от угла поворота оси режущей чашки в горизонтальной плоскости.

Из графиков следует, что минимальные значения шероховатости получаются при наименьших скорости и, подачи 5, радиуса Я режущей чашки резца, глубины резания г и угла ш, а наибольшее значение шероховатости получается при максимальных значениях выше перечисленных факторов. Установлено, что при минимальных значениях основных факторов и при увеличении

угла ф, шероховатость увеличивается в меньшей степени, чем при максимальных значениях основных факторов. Все три графика можно аппроксимировать прямой линией, проходящей под углом, близким к 15° к оси оф . Это значит, что шероховатость поверхности увеличивается незначительно. Как следует из графика 2 шероховатость изменяется с Rz = 4,64 • 10-4 мм до Rz = 5,51 • 10-4 мм, на графике 1 увеличивается с Rz = 2,64 • 103 мм до R = 3,12 • 103 мм. Z

z '

Исследованием зависимости шероховатости поверхности Rz от угла установки ф, установлено, что величина шероховатости поверхности находится в зависимости и от других факторов. Изменение величины угла ф не оказывает основного влияния на шероховатость поверхности. Разброс кривых происходит от других основных факторов.

Следовательно, необходимо провести анализ влияния этих факторов на величину шероховатости поверхности.

На графической зависимости рис. 4 представлены результаты исследований, при которых кривая 1 получена при максимальных значениях скорости и, подачи S , радиуса резца R, глубины резания t, угла поворота ф кривая 2 получена при средних значениях выше перечисленных факторов. Кривая 3 получена при минимальных значениях основных факторов. Все эти кривые получены при ю = varia.

Rz. мкм

3

2.5

0.5

О

5 8 11 13 15 ц град

Рис. 4. Зависимость шероховатости поверхности Rz от угла установки ф:

V = 1 508 мм/с, t = 0,7 мм, 5 = 0,7ММ, R = 1 6мм, ф = 600, 2. V = 1 200мм/с, t = 0,4мш, 5 = 0,4мм, R = 1 3мм, ф= 400 Исследования показали, что изменение шероховатости при ю = varia. происходит по прямой, под углом, близким 15° к оси оф, это значат, что происходит незначительное увеличение шероховатости в зависимости от ф.

Из графиков следует, что увеличение угла ф, приводит к увеличению шероховатости поверхности. По результатам эксперимента установлено, что наибольшая шероховатость образуется при условии максимальных значений величин основных факторов (и, £, Г, ф). В этом случае создаются неблагоприятные условия для резания. Кривые 1 и 2 получены при больших подачах и глубинах резания располагаются выше, чем кривая 3, т.е. в этом случае подтверждаются данные о том, что с увеличением подачи и глубины резания увеличивается шероховатость поверхности. Так, при увеличении угла ш с 5° до 15° (кривая I), шероховатость вырастает с величины Я = 2,96 • 10-4 мм до Яг = 3,13 • 103 мм; при аналогичном увеличении угла поворота ш, но при других основных факторах (кривая 2), шероховатость Яг увеличивается от 5,5 • 10-4 мм до 5,35 • 10-4 .

Следовательно, увеличение угла ш приводит к увеличению шероховатости, т.е. необходимо при обработке обеспечивать оптимальные значения угла установки ш для получения необходимой частоты поверхности.

Однако, как установлено при анализе предыдущих графиков, основное влияние на шероховатость поверхности оказывает величина подачи £.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Федоренко, М.А. Исследование влияния углов установки ротационного резца на величину площади среза при обработке цапф [Текст] / М.А. Федоренко, Ю. А. Бондаренко// Промышленность строительных материалов. Цементная промышленность. Труды БТИСМа им. И.А. Гришманова М.: ВНИИЭСМ. 1991. С. 3-6.