Обработка отверстий комбинированным инструментом Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Голдобина В.Г., канд. техн. наук, доцент, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова

ОБРАБОТКА ОТВЕРСТИЙ КОМБИНИРОВАННЫМ

ИНСТРУМЕНТОМ

В статье изложены сведения об обработки отверстий в крупногабаритном оборудовании. Предлагается использование комбинированного инструмента для обработки прецизионных отверстий. Приводятся выкладки по точности обработки и расчет размера инструмента.

Монтаж и ремонткрупногабаритного оборудования, применяемого в производствах строительных материалов, металлургическом, угольном и других, связан с установкой и заменой изношенных и поврежденных деталей и узлов, которые преимущественно имеют болтовые соединения. У ответственных узлов, имеющих фланцевые соединения, третья или четвертая часть болтов от общего количества должны быть прецизионными. На-

ряду с повышенными требованиями к точности отверстий, под болты во фланцах, необходимо соблюдать их соосносность в сопрягаемых деталях, что возможно только при совместной обработке [1]. Такая обработка ведется с использованием переносных сверлильных устройств или станков. Переносной станок устанавливается непосредственно на объект по месту его монтажа. Для чистовой обработки прецизионных отверстий во

фланцах крупногабаритного оборудования, после сверления, предлагается использовать комбинированный инструмент, представляющий собой сборный зенкер-развертку с механическим креплением многогранных твердосплавных неперетачиваемых пластин. Использование инструмента зенкер-развертка позволит сократить время обработки отверстий и снизить погрешность, связанную со сменой инструмента.

Рис. 1. Зенкер-развертка

Зенкер-развертка относится к стержневому типу инструмента, имеющего два зуба, две ступени и конический хвостовик (рис. 1). Зубья разделены прямыми стружечными канавками. Первая ступень - зенкер, оснащена квадратными пластинами, вторая ступень - развертка, оснащена трехгранными пластинами. Пластины закрепляются на корпусе винтами.

Точность, обрабатываемых прецизионных отверстий, обеспечивается второй ступенью инструмента - разверткой. Верхнее отклонение диаметра развертки рассчитывается с учетом величины максимального увеличения диаметра - Атах:

ЕБр _ ЕБ0 -Атах,

(1)

где Е8р - верхнее отклонение диаметра развертки; Е80 - верхнее отклонение отверстия.

Рис.2. Схема для определения величины прогиба

Максимальная величина увеличения диаметра развертки зенкера-развертки зависит от условия работы. Зенкер-развертку можно представить как консольно закрепленную балку, нагруженную силами на свободном конце (рис.2.).

На инструмент действуют усилие подачи, вызывающее осевое силу - Р0, крутящий момент, оказывающий влияние на тангенциальные составляющие режущих кромок зубьев -Яг1 и ЯгГ и неуравновешенная радиальная сила

АР _Р -Р

Гу 2 Гу\ .

Отжим конца инструмента происходит под влияни-

ем силы А Ру, смещающей режущие кромки относительно оси вращения, ее величина определяется по следующей зависимости [2]:

АРу _ 0,008 • Р0.

На изгиб инструмента также оказывает влияние осевое усилие Р0, вызывающее изменение величины прогиба, в виде изгибающего момента - М0 _ Р0 • й/2 , где й - диаметр инструмента в рассматриваемой точке.

Полный изгиб - сумма прогибов от внешних нагрузок Р и М:

у _ ум + ур.

Отжим (или прогиб), возникающий в инструменте можно определить по дифференциальному уравнению упругой линии [3]:

й2 у _ М(х) йх2 Е • 3 (х)

М(х) _ -рх - М(х)0 - Р2 (12) - М2 (12 )0, Су _ -¡¡3[-Р • х-М\(х)0 -Р2(/2)-М2(/2)°] . (2)

Е • 3[

Проинтегрировав выражение (2) дважды получим следующее уравнение:

у (х)_ [ сСх [ М (х) сЫ + Сх + В ' } } Е3(х)

Е3

у (х )_ у0 + 90 •х +

р • х3 М\ (х)2 р2 • (/2)3 М2 • (/2)2

. (3)

Граничные условия: 60 _ 9 (() _ 0 ; у0 _ у (() _ 0 .

9(/) _

Р\ • /2 М\ • / р2 • /22 М2 • /2

6 Е • 3 Е • 3 2Е • 3 Е • 3

+ С _ 0 ,

у (/)_

Р\ • /\ М\ • /\2 - Р2 • (/2)3 М2 • (/2)2

6Е • 3 2Е • 3 6Е • 3 2Е • 3 + + М^ + Р2 • /22 • /\ + М2 • /2 • /\

6 Е • 3 2 Е • 3 6 Е • 3 2 Е • 3

+ В _ 0,

у(х)_

—-(2/3 + 3/2 х - х3 ) + -М^ (2/2 + 2/х - х2) + 6Е• 3 у ' 2Е• 3V '

6 Е • 3

М2 2 Е • 3

(3/22х + /22 (3/-/2 )-/23 ) + (2/2х + /2 (2/ - /2)- /22)

. (4)

Сделав преобразование выражения (4) и замену обозначений:

Р\ _ АРу\ _ 0,008 • Рш - для зенкера;

P1 = APy2 = 0,008 • P02 - для развертки;

M1 = P01 • d1 /2 - для зенкера;

M2 = P02 • d2/2 - для развертки, получится формула

отжатии:

У (х) =

4/01

3103 £ ■ J 4Pm

3 103 £ ■ J

(( + 3/,х-х3)+

(3/22(х+/j) - 2/23

P ■ d

-'oi

4E ■ J^п

/12 + 2/2 х - х2)+

P ■ d

J. Со И-)

4E ■ J

(( -(х+/1) - 2/;

, (5)

где Е - модуль упругости корпуса инструмента, E = 2,1-105; МПа; J - момент инерции корпуса инструмента, J = 0,045 - dH, мм4.

Таким образом, максимальное увеличение диаметра с учетом отжатия, полученное по формуле (5), будет

A max = 2У (X) , которое вводиться в выражение (1), тогда

ESp = ES0 - 2y(x).

По данной формуле можно определить верхнее отклонение диаметра развертки.

Соответственно нижнее отклонение будет:

EIp = ESp - Tdp .

Приведенные расчеты позволяют определить параметры зенкера-развертки на этапе проектирования. Рас-

сматривается расчет развертки диаметром = 50 мм. Принимаются режимы резания - глубина резания Г ($ -для зенкерования, Г2 - для развертывания), мм; подача -Б, мм/об, значения которых приведены в табл.1.

Неуравновешенная радиальная составляющая сил резания определяется через зависимость по формуле [4]:

- для зенкерования Р01 = 670 • • ^10'65 • Кр;

- для развертки Р02 = 670 • /21'2 • Б20'65 • Кр,

( K„ =

'610 ^

750

= 0,86 ).

Диаметр зенкера ^ принимается в зависимости от глубины резания при развертывании:- при 12= 0,5 мм -49 мм;- при 12= 0,2 мм - 49,6 мм.

В формулу (5) вводятся следующие параметры: диметр корпуса инструмента = 30 мм; расстояние от точки приложения силы Р до заделки 11 = 240 мм; расстояние от точки приложения силы Р02 до заделки 11 = 210 мм; расстояние между точками действия сил Р и Р02 -х=30 мм.

Полученные результаты расчета сил Р , Р02 и отжа-тий инструмента у(х) сведены в табл. 1.

Отжатия зенкера-развертки увеличиваются с увеличением подачи и глубине резания (рис.3. и 4.)

При обработке отверстий с точностью по Н7 можно рекомендовать глубину резания под зенкерование ^=1 мм, и подачу 80=0,08 мм/об.

Отклонения размера развертки при этом:

ESp = ESo - 2y(х) = 25 - 2 ■ 8 = 9 мкм;

Таблица 1

Результаты вычислений

d1 tj ^ P01 P 1 02 IP У( х)

0,08 586 48 634 0,068

4 0,12 763 62 825 0,088

0,25 1230 101 1131 0,142

49 t2=0,5 0,08 255 48 303 0,026

2 0,12 332 62 394 0,034

0,25 535 101 636 0,055

0,08 111 48 159 0,0078

1 0,12 144 62 206 0,01

0,25 233 101 334 0,016

0,08 586 16 602 0,072

4 0,12 763 20 783 0,094

0,25 1230 33 1263 0,152

49,6 t2=0,2 0,08 255 16 271 0,03

2 0,12 332 20 352 0,04

0,25 535 33 568 0,064

0,08 111 16 127 0,012

1 0,12 144 20 164 0,016

0,25 233 33 266 0,025

Py, Н

Рис.4. График зависимости отжатий инструмента при t2=0,2

EIp = ESp - Tdp = 0,

тогда 0 50+0 009. Такой размер с отклонениями проставляется на чертеже зенкера-развертки.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Дроздов Н.Е. Эксплуатация, ремонт и использование оборудования предприятий строительных материалов, изделий и конструкций/ Н.Е. Дроздов. - М.: Высшая школа, 1979.-312с.

2. Корсаков В.С. Точность механической обработки / В.С. Корсаков. - М: Машиностроение, 1961. - 380 с.

3. Сопротивление материалов/ Под ред. Г.С. Писаренко. - К.: Вища шк., 1986. - 775 с.

4. Справочник технолога-машиностроителя. В 2т./ Под ред. А.Г.Косиловой и Р.К.Мещерякова. - М.:Машинострое-ние,1985 - Т.2. - 312с.