CC BY
8
ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ И ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
УДК 621.95.01
DOI: 10.24412/2071-6168-2021-12-402-406
ИССЛЕДОВАНИЕ ОСЕВОЙ СИЛЫ ПРИ СВЕРЛЕНИИ ЗАГОТОВОК ИЗ ЛАТУНИ Л59 В ПРЕДВАРИТЕЛЬНОМ УПРУГОДЕФОРМИРОВАННОМ СОСТОЯНИИ
В.В. Куц, М.С. Разумов, А.С. Бышкин, П.А. Глазков
Сверление отверстий - одна из распространенных операций при изготовлении деталей. Вследствие этого повышение эффективности данного процесса является актуальной задачей. Для повышения эффективности процесса сверления на базе Юго-Западного университета был разработан способ сверления в предварительном напряженно-деформированном материале заготовки, который подвергают упругой деформации нагрузкой, не превышающей предела пропорциональности материала заготовки. После снятия нагрузки размеры заготовки остаются прежними. Были получены эмпирические зависимости осевой силы при сверлении заготовок из латуни Л59 в напряженном упругодеформированном состоянии. Данные зависимости позволят выбрать корректные режимы резания при сверлении заготовок из латуни Л59 в напряженном упругодеформированном состоянии.
Ключевые слова: сверление, предел упругости, устройство, деформации, заготовка, осевая сила, латунь.
Отверстия малого диаметра нашли широкое распространение в отечественной промышленности. Такие детали как форсунки, фильтры, золотники, плунжеры, дроссели, гильзы, распылители. Также стоит отметить, что распылители дроссели гильзы в основном изготавливают из цветных сплавов. Сверление отверстий малого диаметра имеет свои особенности это связано с малой жесткостью и прочностью инструмента, проблемами с выводом стружки из обрабатываемого отверстия и подводом СОЖ. Таким образом можно сделать вывод, что исследования, направленные на повышение качественных показателей при сверлении, остаются актуальными на сегодняшний день. Для повышения эффективности процесса сверления на базе Юго-Западного был разработан способ сверления при предварительном напряженно-деформированном состоянии материала заготовки при котором образец подвергают упругой деформации при нагрузки не превышающей предел пропорциональности материала заготовки, то есть при снятии нагрузки размеры заготовки остаются прежними [1-6]. Так как прочность сверла при сверлении отверстий малого диаметра является ограничивающем фактором при назначении режимов резания экспериментальные исследования изменения осевой силы резание от технологических параметров являются актуальными. Для проведения экспериментальных исследований с целью выявления влияния технологических параметров на процесс сверления отверстий в упруго напряженно-деформированном материале заготовки была разработана экспериментальная установка.
Основная её часть выполнена из двух закаленных пластин рис.1. В верхней пластине имеется центральное отверстие, которое выполняет роль кондуктора и служит для доступа сверла к испытуемой заготовке. Также в данной плите находятся отверстия для крепления стрелочных индикаторов и болтов позволяющих создать требуемую нагрузку на испытуемый
401
материал. Требуемая нагрузка создается за счет того, что болты, проходящие через верхнюю пластину, вкручиваются в нижнюю пластину, в которой имеются отверстия с резьбой, а испытуемый образец находится в центральной части между пластинами. Величина нагрузки определяется следующим образом, на нижнюю пластину в центре устанавливается испытуемый образец на него помещают верхнюю пластину, которая под действием силы тяжести опирается на нем и от ручной силы закручиваются болты. После чего устанавливаются индикаторы в нулевое положение. Затем происходит последовательная затяжка болтов по четверти оборота и повторяется до тех пор, пока на всех четырех индикаторах не будет достигнута определенное значение перемещения. Значение перемещение на индикаторах должно соответствовать полученному экспериментальным путем пределу пропорциональности испытуемого материала. После чего индикаторы снимаются, и установка закрепляется на датчике силы который закреплён на столе станка Wabeco CCF-1440 данные об усилие снимались с помощью тензометрическая станция 2ЕТ 017-Т8 с применением программного обеспечения 2Е^АВ. Образец представляет из себя цилиндр диаметром и высотой 10мм.
Рис. 1 Экспериментальная установка определения осевой силы при сверлении заготовок из латуни Л59 в напряженном упругодеформированном состоянии
Для исследования осевой силы при обработке заготовок из латуни Л59 в предварительном напряженном упругодеформированном состоянии был составлен план эксперимента с учетом технологических возможностей используемого оборудования (табл. 1).
Таблица 1
Матрица планирования эксперимента для сверления заготовок из латуни Л59
№ d, мм п, об/мин s, мм/мин Sо, мм/об
1. 1 1500 20 0,013
2. 1 1500 160 0,107
3. 1 3000 20 0,007
4. 1 3000 160 0,053
5. 2 1500 20 0,013
6. 2 1500 200 0,133
7. 2 3000 20 0,007
8. 2 3000 200 0,067
В дальнейшем, при обработке результатов эксперимента вместо двух параметров плана - числа оборотов и минутной подачи, использовался обобщенный параметр - подача на один оборот сверла = л/п, мм/об. В процессе реализации данного плана выполнялось сверление
двух сквозных отверстий, осевая сила определялась по графику в зоне установившегося резания (рис. 1).
На графике измерения осевой силы при сверлении можно выделить четыре характерные зоны: 1-зона врезания инструмента, где инструмент врезается и сила возрастает за короткий промежуток времени; 2 - зона установившегося сверления, это зона характеризуется постоянной силой на длинном промежутке времени; 3-зона увеличения освой силы резания при сверлении обусловленное плохим выводом стружки и скоплением ее в зоне резания; 4 -зона выхода инструмента, сила резко падает на коротком промежутке времени.
402
р,н
Рис. 2 График измерения осевой силы при сверлении Л59: й=1 мм; 8о=0,013 мм/об (8=20 мм/мин и п=1500 об/мин)
В таблице 2 представлены результаты измерения осевой силы в соответствии с планом эксперимента (см. табл. 1).
Результаты измерения осевой силы при сверлении латуни Л59
Таблица 2
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
27,4 117,9 21,6 64,2 62,2 192,3 75,3 94,1
30,6 97,1 18,3 98,3 56,9 131,9 67,2 75,1
№
Осевая сила, Н
Для построения регрессионного уравнения осевой силы было выполнено логарифмирование параметров и результатов экспериментов. Построение уравнения выполнялось в программе Statistica с использованием факторной регрессии, на рис. 2 показаны результаты данного регрессионного анализа.
Зависим. Перемен ЭЭ модели и ЭЭ остатков [Таблица данных"!)
М ноже ст. Множест. Скорре кг И ЭЭ Модель сс Модель МЭ Модель Остаток сс Остаток МЭ Остаток Г Р
1п(Ро( 0.936354 0 876759 0.857799 5.863001 2 а 2.931500 0 824127 13 0 063394 46.24229 0.000001
Эффект Оценки параметров [Таблица данных1) Сигма-ограниченная параметризация
Коммент. (ВИР) 1п[Ро) Парам. 1п[Ро) Ст. Ош. 1п[Ро) 1 1п[Ро) Р -95,00% Дов.инт +95,00% Дов.инт 1п[Ро) Бета [?) 1п[Ро) Ст.Ош.? -95,00% Дов.инт +95,00% Дов.инт
Се.член 5.708540 0.204955 27.85266 0 000000 5,265762 6.151319
1п№ Объедмн
1п(Зо) 0.522373 0.056896 9.18113 0.000000 0.399456 0.645290 0.930615 0.101362 0.711636 1.149593
1п(<1)*1п(Зо) -0.256859 0.048448 -5.30173 0.000143 -0.361525 -0.152193 -0.537392 0.101362 -0.756370 -0.318413
б
Рис. 3. Результаты регрессионного анализа процесса сверления Л59: а - оценка значимости модели регрессии; б - оценка значимости коэффициентов уравнения регрессии
На рис. 3 показан результат сопоставления наблюдаемых и предсказанных значений вместе с 95% доверительными интервалами, все точки наблюдаемых значений расположены внутри доверительного.
Полученные результаты свидетельствуют об адекватности полученного уравнения регрессии
1п(Р ) = 5,71 + 0,5221п()- 0,2571п(^) 1п(). (1)
Выполнив математические преобразования (1) была получена следующую зависимость для осевой силы
Р = 301,431^522^°,2571пК ), Н. (2)
На рис. 4 показаны гафики изменеия осевой силы при сверлении заготовок из латуни Л59 в предварительном упруго-деформированном состоянии для свёрл диаметрами 1, 1.5 и 2 мм, построенные по уравнению (2).
Ы( Р)
Рис. 4. Наблюдаемые и предсказанные значения величины 1п(Ро) вместе с 95% доверительными интервалами
р, н
Рис. 5. Зависимость осевой силы при сверлении латуни Л59 в предварительном упругодеформированном состоянии при диаметре сверла: а - d=1 мм; б - d=1,5 мм;
в - d=2 мм
Полученная зависимость (2) позволит обоснованно назначить режимы обработки глубоких отверстий малого диаметра (1-2 мм) в заготовках из латуни Л59, которые находятся в предварительном упругодеформированном состоянии исходя из заданной прочности сверла и обеспечивающих наибольшую производительность обработки при заданных требованиях к стойкости инструмента.
Список литературы
1. Куц В.В., Бышкин А.С., Разумов М.С. Сверление отверстий в напряженно-деформированном материале заготовки // Современные материалы, техника и технологии. 2018. № 3 (18). С. 20-23. 25.
2. Куц В.В., Бышкин А.С., Разумов М.С., Кочергин В.С. Экспериментальные исследования процесса сверления отверстий медного сплава в напряженно деформированном материале заготовки // Сборка в машиностроении, приборостроении. 2020. № 1. С. 13-15.
3. Kuts V.V., Razumov M.S., Byshkin A.S. Expérimental studies of hole drilHng opérations in stress-strain workpiecematerial // MATEC Web of Conférences. 2018. P. 01011.
4. Патент на изобретение RU 2686572, 29.04.2019. Способ определения величины предела пропорциональности материалов/ Куц В.В., Разумов М.С., Бышкин А.С., Щербаков П.С. Заявка № 2017138540 от 07.11.2017.
5. Способ и устройство для определения предела упругости в заготовках деталей/ В.В. Куц, М.С. Разумов, А.С. Бышкин, О.И. Дрынова // Инновации, качество и сервис в технике и технологиях: сб. науч. тр. 7-ой Междунар. науч.-практ. конф. Курск: Издательство: Закрытое акционерное общество "Университетская книга", 2017. С. 216-218.
6. Куц В.В., Бышкин А.С., Разумов М.С. Метод определения пределов упругости и пропорциональности материалов для последующего сверления заготовок в напряженно деформированном состоянии // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2020. № 3 (341). С. 164-170.
Куц Вадим Васильевич, д-р техн. наук, профессор, kuc-vadim@yandex.ru, Россия, Курск, Юго-Западный государственный университет,
Разумов Михаил Сергеевич, канд. техн. наук, доцент, mika_1984_@mail.ru, Россия, Курск, Юго-Западный государственный университет,
Бышкин Александр Сергеевич, аспирант, alex141293@rambler.ru, Россия, Курск, Юго-Западный государственный университет,
Глазков Павел Витальевич, студент, pavel.glazkovv@yandex.ru, Россия, Курск, Юго-Западный государственный университет
EMPIRICAL DEPENDENCES OF AXIAL FORCE WHEN DRILLING BLANKS FROM L59 BRASS
IN A STRES ELASTIC STATE
V.V. Kuts, M.S. Razumov, A.S. Byshkin, P.A. Glazkov
Drilling holes is one of the most common operations in the manufacture ofparts. As a result, increasing the efficiency of this process is an urgent task. To increase the efficiency of the drilling process on the basis of Southwestern University, a method of drilling in a pre-stressed-deformed material of a workpiece was developed, which is subjected to elastic deformation by a load that does not exceed the proportionality limit of the material of the workpiece. After removing the load, the dimensions of the workpiece remain the same. Empirical dependences of the axial force were obtained when drilling workpieces made of brass l59 in a stressed elastically deformed state. These dependencies will make it possible to select the correct cutting conditions when drilling workpieces made of brass l59 in a stress-strain state.
Key words: drilling, elastic limit, device, deformation, workpiece, axial force, brass.
Kuts Vadim Vasilievich, doctor of technical sciences, professor, kuc-vadim@yandex.ru, Russia, Kursk, Southwestern State University,
Razumov Mikhail Sergeevich, candidate of technical sciences, docent, mika_1984_@mail.ru, Russia, Kursk, Southwestern State University,
Byshkin Alexander Sergeevich, postgraduate, alex141293@rambler.ru, Russia, Kursk, Southwestern State University,
Glazkov Pavel Vitalievich, student, pavel.glazkovv@yandex.ru, Russia, Kursk, Southwestern State University
