Исследование процессов резания при обработке глубоких отверстий в полимерах Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.002.3

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ РЕЗАНИЯ ПРИ ОБРАБОТКЕ ГЛУБОКИХ ОТВЕРСТИЙ В ПОЛИМЕРАХ

А.А. Соловьев1, А.В.Наумов2, А.В.Стукач3

1,3

Санкт-Петербургский государственный университет сервиса и экономики (СПбГУСЭ),

191015, Санкт-Петербург, ул. Кавалергардская, 7, лит. А 2Санкт - Петербургский государственный политехническийуниверситет,

195251, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 29.

Проведены исследования процессов резания полимеров при сверлении глубоких отверстий. Определены силы резания, деформации сверла и полимерного материала в среде Solidworks. Ключевые слова: сверление, глубокое отверстие, сила резания, деформации.

RESEARCH OF PROCESSES OF CUTTING WHEN PROCESSING DEEP OPENINGS IN

POLYMERS

A.A.Solovyev, A.V. Naumov, A.V.Stukach

St. -Petersburg state university of service and economy (SPbSUSE), 191015, St.-Petersburg, streetKavalergardsky, 7,lit. A St.-Petersburg state polytechnical university, 195251, St. Petersburg, Politekhnicheskaya St., 29.

Carried out research of processes of cutting of polymers in drilling deep holes. Defined cutting forces, deformation of a drill and a polymer material in the environment of Solidworks.

Key words: drilling, deep hole, the power of cutting, deformation.

В практике сервисного обслуживания сложной бытовой техники, промышленного технологического оборудования и разнообразных станков необходимо выполнять такие операции, как сверление отверстий в пластмассах. Особенность обработки термопластических полимеров, в частности полиамидов, заключается в том, что они обладают повышенной адгезией к металлам при повышенных температурах. Это накрадывает свои отпечатки на технологию выполнения операций лезвийной обработки отверстий. Особую сложность представляет обработка глубоких отверстий. Сверло по сравнению с другими режущими инструментами работает в довольно тяжелых условиях, так как при сверлении затрудняется отвод стружки и подвод смазочно-охлаждающей жидкости.

В справочной литературе по выбору режимов резания даются рекомендации для выбора подачи и скорости резания для сверл диметром более 5 мм. В тоже время в современном оборудовании часто встречаются кон -струкции деталей имеющих глубокие отверстия от 2 до 5 мм. На практике приходится подби-

рать режимы резания экспериментально, что приводит к появлению брака и снижению срока службы изделий.

Обработка отверстий лезвийным инструментом вызывает в обрабатываемой детали повышение температуры и как следствие возникновение напряжений и соответствующих перемещений. В современной литературе имеются работы посвященные возникновению термических напряжений в термопластах [1,2,3]. Эти работы посвящены изучению и влиянию остаточных напряжений в тонких антифрикционных покрытиях из наполненных и модифицированных полиамидов. Приводятся методики расчета величины напряжений. В научных трудах [4,5,6] приводятся методика экспериментального исследования износостойкости щеточного ворса выполненного из полипропиленового материала и сделана попытка определения силового взаимодействия щеток коммунальных машин с дорожным покрытием. Общим для этих работ является то, что они показывают, насколько сложные процессы проис-

16

нииттс

Исследование процессов резания при обработке глубоких отверстий в полимерах

ходят в полимерных материалах под воздействием силовых факторов и температуры.

Исследование процессов резания при лезвийной обработке глубоких отверстий осуществлялось на модернизированной установке, описанной в работе [7]. Для исследований были подобраны следующие материалы: полиамид 6 - блочный; полиамид, модифицированный порошковыми металлами и углеродным наноматериалом С60 и фторопластом. Фторопласт интересен тем, что он обладает стабильными значениями коэффициента сухого трения в широком диапазоне температур. Это позволяет более точно определить работу, связанную с резанием полимера и силы трения ленточек о боковую поверхность отверстий.

Основными элементами резания при сверлении являются: скорость и глубина резания, подача, толщина и ширина стружки. В процессе эксперимента фиксировалась температура сверла, полимера и величина тока, потребляемая электродвигателем. Величина

напряжения, подаваемая к электродвигателю, для каждого опыта оставалась постоянной на протяжении всего эксперимента. Это обеспечивалось источником постоянного тока со встроенным стабилизатором. Усилие подачи было 47, 5 Н.

Во время экспериментов регистрировались значения тока, потребляемого электродвигателем. Показания оцифровывались мультиметром, совместимым с персональным компьютером и записывались в виде Excel - файла. Одновременно записывалась осциллограмма, представленная на рис.1.

Рисунок 1. Осциллограмма сил резания

Опыты проводились со сверлами диаметром - 2 мм. Глубина сверления составляла 12 мм. Частота вращения шпинделя была фиксированной и имела следующие обороты: 180, 420, 780, 1020 и 1380 об/мин.

Скорость резания V - путь перемещения режущей кромки сверла относительно обрабатываемой заготовки в единицу времени - определяется по формуле:

V _ лБп ~ 1000’

где: V - скорость резания, м/мин; В - диаметр сверла, мм; п - частота вращения сверла, об/мин.

Опыт условно разделяли на два этапа. На первом происходило заглубление сверла за счет создаваемого осевого усилия, и осуществлялся процесс сверления главными образующими режущими кромками сверла. Режимы резания поддерживались такими, при которых удаленный материал имел форму сливной стружки. На втором этапе осевое перемещение сверла прекращалось, и в работе участвовали боковые ленточки сверла. За счет рения ленточек о боковые стенки отверстия происходил нагрев сверла и материала.

В установке для исследований привода шпинделя осуществляется электродвигателем постоянного тока. Это позволяет определить мощность затрачиваемую непосредственно на резание полимерного материала. Зная длину стружки можно определить величину работы затрачиваемой на резание и как результат силу резания. На рис. 2. представлена зависимость изменения силы резания от частоты вращения шпинделя.

К S X

О

J

Частота вращения шпинделя, об/мин

0 500 1000 1500

Рисунок 2. Зависимость силы резания для фторопласта 4Д от частоты вращения шпинделя

ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ СЕРВИСА №1(23) 2013

17

А.А. Соловьев ,А.В.Наумов, А.В.Стукач

Результаты проведенных экспериментов позволили в среде в Solidworks получить картину де формации сверла, представленную на рис.3, и полимерного материала показанного на рис.4.

URES (mm)

0.181 . 0.166 l 0.151 . 0.136 . 0.121 . 0.106 г. 0.091 .... 0.075 . 0.060 .. 0.045 ._ 0.030 0.015 I. 1.DOOerfl3D

Рисунок 2. Деформация сверла

Рисунок 3. Деформация полимерного материала

Для наглядности величина деформации на рисунках увеличена.

Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод о том, что наибольшим деформациям подвержена формообразующая часть сверла и область поверхности начала сверления.

Литература

1. Стукач А.В. Исследование термических напряжений в поверхностном слое полиамида при нагреве детали.// Металлообработка, Изд-во «Политехника» 2008 №2, с. 24 - 27

2. Стукач А.В. Методика расчета термических остаточных напряжений в анифрикционных покрытиях при изменении температуры.// Металлообработка Изд-во «Политехника», 2008 №3, с. 24 - 26

3. Стукач А.В. Влияние термических остаточных напряжений на прочность адгезии антифрикционных покрытий.// Металлообработка, Изд-во «Политехника» 2008 №4, с. 22 - 24

4. Лепеш А.Г., Лепеш Г.В. Математическое моделирование силового взаимодействия щеток ком -мунальных машин с дорожным покрытием.// Технико-технологические проблемы сервиса. №3(13), 2010 г. с. 32 - 38

5. Лепеш А.Г. К определению силового взаимодействия щёток коммунальных машин с дорожным покрытием.// Технико-технологические проблемы сервиса. №1(15), 2011 г. с. 30 - 35.

6. Лепеш А.Г., Лепеш Г.В., Воронцов И.И. Методика экспериментального определения износостойкости щеточного ворса коммунальной уборочной техники.// Технико-технологические проблемы сервиса. №2(16), 2011 г. с. 6 - 18.

7. Стукач А.В. Исследование коэффициента трения

капролона модифицированного углеродными наноматериалами. Научно-техническое издание

НИИТТС, СПбГУСЭ.// Технико технологические проблемы сервиса». №1. 2008. -с.46 - 47

1 СоловъевАлександрАлександрович - старший преподаватель кафедры «Экономика природопользования и сервиса экосистем СПбГУСЕЭ, моб.: +7(904) 633 02 76, e-mail: asolneva@mail.ru;

2 Наумов Александр Владимирович - студент Санкт-Петербургского политехнического университета, Механико-машиностроительный факультет, гр. 4045/1, , e-mail: skisk8fmx@gmail.com;

3 Стукач Александр Васильевич - кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры "Автосервис" СПбГУСЭ, моб.: +7(904) 552 97 15, e-mail: alst2004@mail.ru

18

НИИТТС