CC BY
237
УДК 621.002.3
ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ ПРИ ЛЕЗВИИНОИ ОБРАБОТКЕ ГЛУБОКИХ ОТВЕРСТИЙ В ПОЛИМЕРНЫХ
ДЕТАЛЯХ
А-В-Стукач1, А.А. Соловьев2
1Санк-Петербургский государственный университет сервиса и экономики,
192171, Санкт-Петербург,ул.Седова 55/1 2Санкт-Петербургский государственный политехнический университет,
Санкт-Петербург, ул. Политехническая 29.
Проведен экспериментальный анализ скоростей резания при обработке глубоких отверстий в пластмассах и композитах модифицированных углеродными нанометериалами.
Ключевые слова: сверление, глубокие отверстия, производительность, скорость резания, точность, полиамид, композит, фуллерен С 60,
The experimental analysis of the speed of the cutting was organized in work when processing deep hole in plastic and composite modified nanocarbon
Key words: drilling deep hole, capacity, velocity of the cutting, accuracy, diameter of the got hole, polyamides, nanocarbon C 60,
В практике ремонта сложной бытовой техники и приборов коммунально-бытового назначения нередко требуется восстанавливать корпусные детали, выполненные из легких алюминиевых сплавов или полимерных и композиционных материалов. Наиболее уязвимыми при ремонте и эксплуатации являются резьбовые разъемные соединения. По причине разрушения резьбы в корпусных деталях наиболее часто происходят отказы в работе машин и агрегатов. При выполнении внутренних резьбовых поверхностей соотношение глубины отверстий к их диаметру принимают, как правило, более 5. Так в деталях, изготавливаемых из пластмасс и композитов указанное соотношение - более 10. Такие отверстия называют глубокими. Трудности в выполнении и обработке таких отверстий обусловлены тем, что удаление стружки и, следовательно, отвод тепла из зоны резания затруднен, что отрицательно сказывается на качестве обработанной поверхности.
При восстановлении деталей отработавших межремонтный период времени, большое значение имеет фактор производительности, т.е., сокращение сроков ремонта, а основной задачей технологических процессов является оптимизация режимов механической обработки восстановленных поверхностей. Наиболее целесообразно восстановление корпусных деталей с использованием композиционных материалов, упрочненных фуллереном С60. В некоторых случаях процесс восстановления включает в себя сверление глубоких отверстий. Для получения высокого качества обработанной поверхности в таких случаях необходимо не только оптимально подбирать подачу и глубину резания, но и обеспечивать необходимую скорость резания, которая является определяющим фактором в протекании термодинамических процессов, а следовательно - в получении заданных точности и качества обработанной поверхности.
Особенность объясняется тем, что в отличие, от стальных деталей, повышение температуры в процессе резания ведет к значимому увеличению размеров обрабатываемой заготовки. Так что после обработки в следствие уменьшения температуры детали ее размеры, как правило, не соответствуют размерам обеспечиваемым инструментом в процессе резания. Более низкие скорости резания - повышают точность обработки детали, но уменьшают производительность и увеличивают время необходимое для совершения одной операции.
Высокую сложность при лезвийной обработке композитов представляет операция сверления глубоких отверстий [1]. На работу инструмента влияет много факторов, и в первую очередь - высокие адгезионные свойства материала, сложный процесс удаления стружки, уменьшение диаметра полученного отверстия после обработки.
Для экспериментального подбора оптимальной скорости обработки был взят композит, полученный из полиамида П-6 путем модифицирования его углеродным нанометериалом (фулереном С60). В качестве режущего инструмента использовались сверла различных размеров, в частности, диаметром 2 и 2.5 мм. , показанные на рис.1.
Испытания проводились на специальной установке позволяющей изменять скорость резания и усилие подачи инструмента. Усилие резания регистрировалось по изменению силы тока потребляемого электродвигателем постоянного тока. Величина изменения тока цифровым мультиметром передавалась на компьютер и записывалась в виде Excel -файла. Далее результаты подвергались математической обработке.
Рисунок 1 - Конструкция конусных
втулок для крепления сверла
Для обеспечения соосности инструмента с валом шпинделя были подготовлены специальные переходные конические втулки (рис.1). Сверла во втулки устанавливались по напряженной посадке. Для этого втулки предварительно нагревались до температуры 400 оС, а сверла охлаждались.
Усилие подачи инструмента при проведении всех экспериментов было одинаковым и равнялось 47Н.
На рис. 3 приведены отклонения получаемого диаметра отверстия в % в зависимости, от скорости резания, для сверла 0 2.5 мм., и 0 2.0 мм.
Зависимость величины отклонениия диаметра отверстия от скорости резания
^1,2 ----------------------------------------
2,50 4,50 6,50 8,50 10,50 12,50
Скорость (м/мин)
» диаметр 2,5 мм —диаметр 2,0 мм
Рисунок 2 - Отклонения от заданного размера при различных скоростях резания
16
НИИТТС
Оптимизация режимов резания при лезвийной обработке глубоких отверстий
в полимерных деталях
Результаты экспериментов показывают, что при увеличении скорости лезвийной обработки глубоких отверстий малого диаметра отклонение от заданного размера увеличивается. Причем, с уменьшением диаметра сверла, относительная погрешность увеличивается. Из приведенных на рисунке 3 графиков видно, что предпочтительные значения скоростей резания находятся в диапазоне от 6,5 до 8,5 м/мин.
Повышение производительности восстановления размеров во многом зависит от продолжительности сверления глубоки отверстий. Поэтому, на данном этапе проведения экспериментов следовало изучить влияние скорости резания на время обработки отверстия заданной глубины. С этой целью была взята пластина, изготовленная из модифицированного полиамида толщиной 15 мм. Поскольку результаты эксперимента регистрировались компьютером с указанием реального времени. Поэтому на каждом режиме резания фиксировалось время обработки. Результаты в виде графиков представлены на рис.2. Они показывают, что при низких скоростях резания от 2,5 до 8,5 м/ мин наблюдается практически линейная зависимость уменьшения времени обработки для сверел, исследуемых диаметров. При дальнейшем увеличении скорости резания время на обработку не превышает 5 секунд, что для практического исполь-
зования является весьма приемлемым показателем.
Скорость, м/мин
—диаметр сверла - 2.5 мм —■—диаметр сверла - 2.0 мм
Рисунок 3 - Зависимость времени обработки от скорости резания
Анализируя результаты, представленные на рис. 2 видно, что с увеличением скорости резания погрешность обработки возрастает. Вместе с тем, увеличение скорости способствует уменьшению времени на обработку. Поэтому для исследованных диаметров режущего инструмента может быть рекомендована скорость резания, равная 8,5 м/мин, которая позволят при минимальном времени на обработку получить высокое качество глубоких отверстий.
Литература
1. Штучный Б. П. Обработка пластмасс резанием. Машиностроение, 1974, -с. 144
1 Стукач Александр Васильевич, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры "Техническая механика СПбГУСЭ, тел.:(812)248-71-18, +7-904-552-97-15
2 Соловьев Александр Александрович, инженер кафедры "Технология машиностроения" Санкт-Петербургского государственного политехнического университета, Тел.: +7-904-633-02-76
