CC BY
28
УДК 621.73
Ю.П. Белоус, О.Ф. Трифонова ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ РЕЖИМА РЕЗАНИЯ ПРИ ОБРАБОТКЕ ОТВЕРСТИЙ В ЗАГОТОВКАХ ИЗ МАЛОУГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ ТВЕРДОСПЛАВНЫМИ
РАЗВЕРТКАМИ
Введение. В практике машиностроительных предприятий при обработке отверстий в заготовках из прочных сталей хорошо зарекомендовали себя твердосплавные развертки [1]. При оптимальных условиях их эксплуатации достигается значительное повышение производительности и долговечности разверток. Сравнительно редко используются твердосплавные развертки при обработке мягких углеродистых сталей (типа ст. 3, сталь 45) с относительно малыми скоростями резания. Объяснение этому находят в том, что твердосплавные инструменты менее эффективны при малых скоростях, применяемых при развертывании отверстий небольшого диаметра в мягких сталях. Результаты экспериментального исследования относительной износостойкости разверток, изготовленных из большого числа инструментальных материалов (твердых сплавов ВК3М, ВК4, ВК6, ВК6М, ВК8, Т14К8, Т15К6, Т30К4 и быстрорежущих сталей Р6М3, Р6М5, Р6М5К8, Р9К10Т, Р18Ф2К8М), при обработке заготовок из ст. 3 и стали 45 в диапазоне скорости резания до 10 м/мин позволили установить в качестве оптимальных марок твердого сплава: ВК8 и ВК6М. Развертки, оснащенные этими сплавами, превосходят изготовленные из быстрорежущих сталей по размерной стойкости в 8 - 55 раз и по производительности в 1,5 - 2 раза.
Целью данной работы является оптимизация параметров режима резания, обеспечивающих заданное качество поверхности с максимальной производительностью и минимальном расходе режущего инструмента, при развертывании отверстий небольшого диаметра в мягких углеродистых сталях твердосплавными развертками.
Постановка задачи. Для достижения этой цели необходимо установить зависимости параметра качества обработанной поверхности R (среднее арифметическое отклонение профиля микронеровностей поверхности), интенсивности износа задней грани Ь о на режущей части развертки и предельного износа [Ь] задней грани от скорости резания V и подачи Sz.
Решение задачи. При развертывании отверстий в заготовках из малоуглеродистых конструкционных сталей типа Ст. 3 изменение в определенных пределах скорости резания V , подачи S и величины износа Ь задней грани на режущей части зубьев развертки оказывает существенное влияние на среднее арифметическое отклонение профиля микронеровностей поверхности R ,а также на появление «надиров» (рис.1), являющихся следствием наростообразования.
Рис.1. «Надиры» на поверхности отверстия,обработанного развертыванием
Для оценки зависимости R от V, Б и Ь был использован метод факторного планирования экспериментов, позволяющий более объективно выявить эффекты взаимодействия между факторами, а также сократить число опытов.
Развертывание производилось нормализованными развертками, оснащенными твердым сплавом ВК8, диаметром D = 14 мм в диапазоне V = 3 - 12 м/мин и Б = 0,025 - 0,2 мм/зуб при глубине резания t = 0,125 мм. Выбор сочетания V и ограничивался появлением на обработанной поверхности «надиров» при Ь > 0,5 мм. Обрабатываемый материал — сталь Ст. 3. Охлаждение — 10% -й раствор эмульсола.
Математическая обработка результатов эксперимента позволила вывести следующую формулу:
Ln (Я ) = -1,808 + 0.218 t + 0,185 V + 1,714 S - 0,164 h +
4 а тах' ' ' ' ъ 7 з
+ 1,658 V S + 7,772 S h - 0,0135 V2 - 33,176 S 2,
где Яа тах — предельная величина среднего арифметического отклонения профиля микронеровностей для заданного класса шероховатости; t — аргумент функции Лапласа Ф0), отвечающий заданной вероятности а.
Полученная формула позволяет рассчитать сочетания V и Sъ , обеспечивающие заданный класс шероховатости при определенной величине износа задней грани Из.
Окончательный выбор оптимального сочетания V и Sъ можно произвести лишь после сравнения всех вариантов по точности обработанных отверстий, производительности, площади обработанной поверхности за период стойкости и интенсивности износа развертки.
В диапазоне скоростей резания (3 - 12 м/мин) и подач (0,025 - 0,2 мм/зуб) зависимость погрешности формы отверстий от режимов резания незначительна. Поэтому точность не является препятствием в выборе параметров режима резания.
Результаты исследований позволили установить, что для каждого сочетания V и S величина износа задней грани И, при которой появляются «надиры», имеет определенное значение.
Методом факторного планирования экспериментов получены следующие зависимости предельного износа задней грани на режущей части развертки [Ь], при котором начинают появляться «надиры», от параметров режима резания
для диапазона V = 3 - 7,5 м/мин и S = 0,025 - 0,2 мм/зуб
[Ьз] = 0,835 - 0,035 V - 0,33 Sъ - 0,29 V Sъ [мм];
для диапазона V = 7,5 - 12,0 м/мин и Sъ = 0,025 - 0,11 мм/зуб
[Ьз] = 0,53 + 0,005 V + 1,76 Sъ - 0,55V Sъ [мм].
Зависимость интенсивности износа задней грани развертки, оснащенной твердым сплавом ВК8, от скорости резания, подачи и диаметра развертки в диапазоне V = 3 - 12 м/мин, S = 0,025 - 0,2 мм/зуб, D = 8 -20 мм при обработке стали Ст. 3 характеризуется следующим выражением:
Ьзо= 164,1 - 8,07 V - 1132 Sъ - 1,53 D + 16,16 V Sъ + + 6,4 5 Sъ D + 0,269 V2 + 2516 Sъ2 [мкм/ 103 х см2].
Зависимости [Ьз] = ДУ Sъ) и Ьзо= f (V, Sъ , D) позволяют определить площадь обработанной поверхности F за период стойкости развертки по следующей формуле:
F =( ([h] - h )/ h )• 103 + F [ м2
\\LoJ зн ' зп ' н L
где Ь = 0,15 мм - начальный износ; F - площадь поверхности, обработанной за период начального износа, м2 .
Результаты экспериментальных исследований показали, что величина Fн незначительна и поэтому при расчете ею можно пренебречь.
На рис. 2 приведены результаты расчета оптимальных значений скорости резания V и подачи Sъ для обеспечения 7 класса шероховатости (Яа тах = 1,25 мкм) с вероятностью а = 0,9986 при развертывании отверстий в заготовках из стали Ст. 3 разверткой, оснащенной твердым сплавом ВК8. Диаметр развертки -14 мм, охлаждение—10%-ный раствор эмульсола.
Рис. 2. Результаты расчета пптимальных значений скпрпсти резания V и ппдачи Sz для пбеспечения 7 класса шерпхпватпсти (Ra max = 1,25 мкм ) с верпятнпстью а = 0,9986
Выводы:
1. Как видно из рис. 2, оптимальным режимом резания будет режим при V = 3,5 м/мин и Б = 0,2 мм/зуб, когда производительность ( V х ) и площадь обработанной поверхности F за период стойкости максимальны, а интенсивность износа задней грани на режущей части развертки Ь минимальна. Предельный износ задней грани, при котором на поверхности отверстий при указанном сочетании значений скорости резания V и подачи начинают появляться «надиры», [Ьз] = 0,44 мм.
2. Установленные в результате экспериментальных исследований эмпирические зависимости и предложенная в работе методика позволяют рассчитать оптимальные параметры режима резания при обработке отверстий заданного качества в заготовках из малоуглеродистых конструкционных сталей твердосплавными развертками.
ЛИТЕРАТУРА
1. Молохов И.Ф. Особенности износа твердосплавных разверток. «Станки и инструменты», 1966. №1.
2. Белоус Ю.П., Трифонова О.Ф. Экспериментальное исследование по оптимизации геометрических параметров режущей части твердосплавных разверток при обработке малоуглеродистых сталей. Вестник ХНТУ №2(41). Херсон, 2011 г.
БЕЛОУС Юрий Павлович - кандидат технических наук, доцент кафедры технологии машиностроения. Новокаховский политехнический институт.
Научные интересы: повышение долговечности режущих инструментов.
ТРИФОНОВА Ольга Филипповна - кандидат технических наук, доцент, зав. кафедрой технологии машиностроения. Новокаховский политехнический институт.
Научные интересы: повышение качества обработки материалов.
