НАДЁЖНОСТЬ ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ПРИРАБОТКА ЗУБОРЕЗНОГО ИНСТРУМЕНТА Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.91.01

А.А. Жумаев

НАДЁЖНОСТЬ ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ПРИРАБОТКА ЗУБОРЕЗНОГО ИНСТРУМЕНТА

В данной статье рассмотрение стойкости режущего инструмента при обработке различных материалов.

Ключевые слова: надёжность инструмента, экстремальный характер, диапазон рассеивания стойкости, кумулятивным кривым, период приработки.

Стойкость режущего инструмента является, несомненно, важным технологическим показателем, однако наиболее полной характеристикой работоспособности инструмента является его надёжность. Надёжность инструмента является показателем, определяющих его свойства выполнят технологические функции и сохранить свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течении требуемого промежутки времени. В качестве параметров надёжности были приняты следующие показатели:

- плотность безотказной работы f(x);

- вероятность безотказной работы Р(г);

- интенсивность отказа А,(г).

Под плотностью распределения стойкости понимают закон распределения времени работы инструмента до его износа по задней поверхности равной h=1,0 мм. Конкретное значение f()) для времени г можно определить [1]:

f ()) = (1) n -А)

где Ат(г) - количество инструментов, отказавших в интервале времени от

Аг

^"Т1 до

( Аг

ХЛ--

I 2

п - общее число рассматриваемых инструментов или объем выборки; Аг - интервал времени в близи времени х.

Под вероятностью безотказной работы инструмента понимается вероятность того, что в пределах заданного времени х отказ инструмента не возникает. Количественное значение Р(х) можно определить

n " m()) (2)

Р(г) =

п

где т(х) - количество инструментов отказавших за время х во всех рассматриваемых периодах стойкости.

© А.А. Жумаев, 2014.

Важным показателем, раскрывающим причины отказов, является интенсивность отказов. Под интенсивностью отказов Х(т) понимается вероятность отказа инструмента в единицу времени после периода т при условии, что до этого времени отказа не возникало. Величину Х(т) можно определить

где п и - количество инструментов, работоспособных в начале и в конце _)-го интервала времени Дт соответственно.

Среднюю стойкость инструмента можно рассчитать, зная Дт), по формуле

где т - стойкость 1-го инструмента

М[Л(т)\ - математическое ожидание стойкости инструмента.

На рис. 1. представлено параметры надёжности червячных фрез т = 10 мм из Р6М5Ф при обработке зубчатых колес из стали 40Х. Там же приведены аналогичные параметры после приработки.

Анализируя представленные результаты можно отметить следующее. Плотность распределения стойкости червячной фрезы носит экстремальный характер близкий к симметричному закону распределения, при этом средняя стойкость до и после приработки соответственно составляет 35 минут и 65 минут. Диапазон рассеивания стойкости практически не изменился и составил до и после приработки ~ 30 минут. Однако в последнем случае характер распределения носит более экстремальный характер, выражающийся в том, что плотность стойкости в максимальном проявлении составила 0,45 по сравнению с обычным вариантом равным 0,37. Это отразилось на величине дисперсии, которая при эксплуатации обычного инструмента составила 8,8 минут, в то время как после приработки соответственно 6,5 минут.

Вероятность безотказной работы показала разницу начала потери работоспособности. Так, первые признаки выхода из строя обычного инструмента начинают проявляться после работы 25 минут, в то время как у приработанного только после 60 минут. В литературе по надёжности инструмента отмечается что более информативным параметром по сравнению со средней стойкостью инструмента является время, в течении которого сохраняется работоспособность инструментов с заданной степенью вероятности р. Эту величину определяют как Т(р) и легко находят по графику Р(т) - X. Так для случая р = 75% Т0(75) = 40 минут и Тп(75) = 67 минут соответственно без приработки и с приработкой, т.е. это означает, что при работе обычного инструмента в течении 40 минут 75% инструментов не потеряют своей работоспособности, для приработанного инструмента такое состояние достигнет после 67 минут работы.

Анализ интенсивности отказов показывает, что данный параметр в процессе работы инструмента постоянно возрастает, однако при работе обычной червячной фрезы степень роста Х(т) возрастает по мере работы и в диапазоне от 50 до 60 минут работы достигает максимального прироста. Работа приработанного инструмента характеризуется линейной зависимости Х(т) от т, что говорит о более стабильной работе и, самое главное, меньшем влиянием случайных факторов. Монотонный характер интенсивности отказов Х(т) от времени эксплуатации является косвенным показателем того, что процесс потери работоспособности инструмента реализуется по одному единому для всего периода эксплуатации инструментов механизму. Однако для обычного инструмента ярко выражены две зоны: зона установившегося износа, при котором

2 • Аш(т)

(4)

интенсивность отказа носит линейный характер, и период катастрофического износа, где имеет место нарушения линейности зависимости А,(т). Период приработки, характеризующейся в общем случае незначительным снижением зависимости А,(т) - т при работе червячных фрез не просматривается. Анализ интенсивности отказа приработанного инструмента говорит о том, что практически весь период эксплуатации инструмента находиться в зоне установившегося процесса.

Рис. 1. Параметры надежности червячной фрезы т = 10 мм без приработки (1) и с приработкой (2)Ур=62 м/мин, Уи=32,5 м/мин, (по данным ТашАЗ)

Исследования параметров надёжности инструмента по вышеописанной методике представляет определенные трудности, связанные с большими временными затратами. Поэтому в условиях ПО ТТЗ надёжность инструмента была определена иной методике. Анализировался износ червячной фрезы т = 6,0 мм из Р6М5 после обработки 48 деталей (2-х сменная работа) на режимах резания V = 32 м/мм; S = 2,01 мм/об; X = 12 мм. Зубчатые колёса имели следующие характеристики: число зубьев Ъ = 72; ширина венца В = 40 мм, материал 30ХГТ.

На рис. 2 представлены вероятность распределения износа обычной и приработанной червячных фрез, там же приведены кумулятивные кривые. Характер кривых распределения вероятности износа обычной и приработанной червячных фрез показывает, что их моды сменены на 0,5 мм износа, при этом сами кривые носят вид близкий к симметричному. Кроме того, диапазон рассеивания износа у приработанного инструмента в 1,6 раз меньше такого обычного. После обработки 43 деталей более 30% обычных фрез исчерпали свои возможности достигнутый износ от 1,0 до 1,4 мм, в то время как приработанные только достигли максимального затупления на уровне 0,9 мм.

Более наглядно этот анализ можно выполнить по кумулятивным кривым, в частности, после 48 деталей при критерий стойкости Ь = 0,8 мм только 30% обычных инструментов могут ещё продолжать работать, в то время как из приработанных исчерпали свои возможности только 2,5%. Минимальная разница в эксплуатационной надёжности инструмента проявляется при износе 0,7 мм, когда более 85% обычных червячных фрез прошли этот рубеж, а приработанных только 7,5%.

Р(тО

073

0,2

ОД

Рис. 2. распределения кратности износа и кумулятивная кривая червячной фрезы т = 6 мм Р6М5 после обработки 48 деталей (производственные испытания на ПО ТТЗ)

Изложенное позволяет заключить, что приработки режущего инструмента повышает не только стойкость, но и его надёжность, при том более чем 1,6 раз возрастает стабильность его работы. Учитывая, что повышение стойкости инструмента после приработки связанно с формированием упрочнённой поверхностной рабочей структуры, можно предположить, что такая структура должна быть и более стабильной. Следовательно, структурная приспособленность инструмента на оптимальных режимах позволяет устранять неучтенные структурные дефекты технологий изготовления инструмента.

Приработкой инструмента можно повысить стойкость практически любого лезвийного инструмент в 1,5 ...2,5 раза. Преимущества этого способа повышения стойкости в том, что он реализуется с минимальными материально-техническими затратами и может быть воспроизведён в любых производственных условиях. Наибольший эффект от приработки следует ожидать при эксплуатации дорогостоящих инструментов, работающих в стабильных режимных условиях, к которым в первую очередь можно отнести зуборезные инструменты.

Приработкой инструмента можно повысить стойкость практически любого лезвийного инструмент в 1,5 .2,5 раза. Преимущества этого способа повышения стойкости в том, что он реализуется с минимальными материально-техническими затратами и может быть воспроизве-

дён в любых производственных условиях. Наибольший эффект от приработки следует ожидать при эксплуатации дорогостоящих инструментов, работающих в стабильных режимных условиях, к которым в первую очередь можно отнести зуборезные инструменты.

Библиографический список

1.Каримов Ш.А., Ким В.А. Роль температурно-скоростного фактора в процессе приработки режущего инструмента // Сб. «Теплофизика технологических процессов», Ташкент, 1984. С. 74-75.

2.Уманский Я.С., Скаков Ю.А. Физика металлов. Атомное строение металлов и сплавов. М.: Атомиздат, 1978. 352 с.

3.Панин В.Е., Егорушкин В.Е., Макаров П.В.и др. Физическая мезомеханика и компьютерное конструирование материалов. Новосибирск: Наука, 1995. 618 с.

ЖУМАЕВ Ахмаджон Абдувохидович - магистрант кафедры «Технология машиностроения, оборудование и машиностроительных производств» Навоийского государственного горного института, преподаватель Навоийского горного колледжа (Узбекистан).