CC BY
1
The interrelations between the optimal distribution parameters and the technological process parameters were analyzed. An analytical formula is proposed to describe the dust particle size distribution, taking into account the technical parameter of the centerless grinder (grinding wheel diameter) and the operating cooling conditions (coolant usage factor). Moreover, a table of coefficients corresponding to this formula is compiled. The article also outlines potential avenues for further research. Thus, a promising direction for further research is to explore the patterns of oil mist formation and dynamics in the working area of machine tools, as well as the influence of workpiece roughness on the dust formation processes of centerless grinding machines. It is also important to consider the determination of the dust mixture composition. For example, the magnetic separation method makes it possible to determine the proportion of abrasive materials and steel in the dust.
Key words: particle size distribution, centerless grinders, hardened steel machining, numerical methods.
Shcherba Evgeniy Michailovich, postgraduate, em. shcherba@gmail. com, Russia, Rostov-on-Don, Don State Technical University,
GumenyukAlexey Sergeevich, master's, [email protected], Russia, Rostov-on-Don, Don State Technical University,
Bulygin Yuriy Igorevich, doctor of technical sciences, professor, bulyur_rostov@mail. ru, Russia, Rostov-on-Don, Don State Technical University,
Kholodova Svetlana Nickolaevna, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Rostov-on-Don, Don State Technical University
УДК 621.941.01
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-8-490-491
ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ (НА МОДЕЛИ) ЭФФЕКТИВНОСТИ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ЧИСТОВОЙ
КОМБИНИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ ЦЗК ШЕВИНГОВАНИЕМ - ПРИКАТЫВАНИЕМ
А.А. Маликов, А.В. Сидоркин, Ю.В. Ковалев, Е.Ю. Кузнецов
В статье рассмотрены основные аспекты проектирования специальной конструкции комбинированного режуще-деформирующего инструмента для изучения возможности и эффективности управления ходом протекания процесса комбинированной (режуще-деформирующей) чистовой зубообработки цилиндрических колес шевингованием - прикатыванием. Существенное внимание уделено вопросам построения основных формообразующих поверхностей - режущих элементов инструмента и возможности его изготовления в условиях современного инструментального производства. Обоснована необходимость использования приведенных конструкций инструмента в разрезе его работы по аналогии с процессом точения.
Ключевые слова: шевингование - прикатывание, цилиндрические колеса, процесс, инструмент, резец, проектирование, твердотельное моделирование.
В Тульском государственном университете на протяжении последних десятилетий серьезное внимание уделяется аспектам построения высокопроизводительных ресурсосберегающих процессов комбинированной (режуще-деформирующей) чистовой и отделочной зубообработки цилиндрических зубчатых колес (ЦЗК). В многочисленных работах профессоров Валикова Е.Н, Ямникова А.С., Борискна О.И. и их учеников, в частности [1 - 3], отмечается высокая эффективность процесса шевингования - прикатывания для чистовой стадии зубообработки при обеспечении стабильно высоких точностных и качественных параметров венцов, обрабатываемых ЦЗК.
Дальнейшее экспериментальное исследование рассматриваемого процесса подразумевает обработку партий из нескольких тысяч ЦЗК с использованием специализированного технологического оборудования, что в условиях современных реалий, в рамках чисто академического исследования (проводимого на кафедре ВУЗа без какой-либо поддержки со стороны промышленных предприятий), представляется малоосуществимым. Следовательно, физическое моделирование процесса шевингования-прикатывания ЦЗК в процессе точения, при использовании метода аналогии в кинематике и режимах резания, позволяет с высокой степенью точности изучить ход протекания процесса комбинированной чистовой зубообработки и механизм износа зубьев режуще-деформирующего инструмента, задействованного в нем [4].
Следует отметить, что одним из ключевых конструктивных параметров шевера-прикатника, позволяющего, на наш взгляд, оказывать влияние на характер и ход протекания процесса комбинированной зубообработки является угол наклона стенок стружечной канавки 0. Половинное значение этого угла 0/2 является ничем иным, как аналогом широкоизвестного (для классического режущего клина) параметра - угла наклона режущей кромки X [6].
Исходя из классических постулатов теории проектирования комбинированного (режуще-деформирующего) инструмента, изложенных в частности, в работах [1 - 3] значение угла 0 считалось фиксированным параметром и принималось равным 45о. Вместе с тем, исходя из реальных конструктивных (в частности, прочностных параметров работы вершин зубьев комбинированного инструмента) и технологических (возможность заправки круга и осуществления технологической операции шлифования спиральной стружечной канавки трапецеидального профиля, в частности, на резьбошлифовальном станке-полуавтомате) факторов, на наш взгляд, становится доступным варьирование этого параметра в диапазоне 0=35°.. .55°.
490
Ширина диапазона варьируемого параметра, таким образом, составит Д9=20° на обе стороны канавки или Д9/2=10° на сторону позволит, относительно базового (канонического) значения 0=45о (0/=22о3О') производить варьирование параметра 0/2 (по аналогии с углом X при точении) в диапазоне ±5о (от 17о30' до 27о30'). Что является достаточно показательным для определения характера, величины и направления изменения таких важных параметров, описывающих суть механизма протекания процесса шевингования - прикатывания (в аспекте чистовой зубообра-ботки крупной партии ЦЗК), в процессе износа инструмента, как:
а) параметр размерной точности обработки;
б) параметр чистоты обработанных поверхностей;
в) стойкостные параметры, характеризующие технологический износ инструмента;
г) параметры, характеризующие степень деформирующих воздействий инструмента на обрабатываемые поверхности (микротвердость) и стружку (коэффициент усадки).
Для оценки динамики изменения указанных параметров от варьируемого (0/2), в процессе шевингования - прикатывания достаточно удобно воспользоваться его моделью [4].
А для реализации процедуры моделирования воспользоваться специальными инструментами - резцами [5], целиком выполняемыми) по аналогии с шевером-прикатником) из быстрорежущей стали марки Р6М5 (ГОСТ 19265-73) и закаливаемыми до твердости 60...65 единиц НЕС [3] и имитирующими один из его режущих зубьев (рис. 1). Конструкции подобных резцов не отличаются от подробно описанного в ста тье [5] за исклю чением конфигурации их в профильной плоскости (рис. 2).
Рис. 1. Схема зубообработки ЦЗК шевингованием - прикатыванием и варианты реализации инструмента с 0=35о (слева) и 0=55о (справа): 1 - инструмент; 2 - обрабатываемое ЦЗК; Р - полюс зацепления; ак - номинальное межосевое расстояние; Ы1 и ыа - угловые скорости обрабатываемого ЦЗК и инструмента;
Уск - скорость скольжения боковых поверхностей зубьев; Баан - толщина зуба на окружности вершин инструмента; РК - режущие кромки; ПП - передние поверхности; ЗП - задние поверхности
Резцы имеют основные конструктивные параметры:
а) высоты и ширины тел обоих резцов идентичны (для рассматриваемого примера 12 мм);
б) углы разворота правой и левой передних поверхностей резца равные углу подъема винтовой стружечной канавки на шевере-прикатнике и аналогичен углу у для классического токарного резца (для рассматриваемого примера 1°3О);
в) толщина зубьев инструментов в плоскости прижима, идентичная толщине зубьев шевера-прикатника на окружности вершин в направлении линии зуба БаОп, которая, в свою очередь, зависит от шага винтовой линии стружечной канавки Рвинт, угла наклона ее боковых стенок 0 [1, 3, 4] (для рассматриваемого примера: у резца-модели с 0/2=17о3О (рис. 2, слева) при Рвинт=4,5 мм, 0=35о, Баоп =0,82 мм; у резца-модели с 0/2=27о3О (рис. 2, справа) при Рвинт=7,5 мм, 0=55о, БаОп =1,32 мм);
г) углы наклона правой РКп и левой РКл режущих кромок 0/2 инструмента (для рассматриваемых примеров 0/2=17°3О' и 0/2=27°3О' соответственно), которые, как уже было описано выше, по своему функционалу аналогичны углу X для классического токарного резца.
РКл V \-РКп
/ е
=17°30'
2=1™ Д
РК,
7
\ РК.
-7ч..
е
Т71°Л\
8.
/ Т27°ЗСТ
зп
Рис. 2. Вид (в профильной плоскоспш) режущих клиньев и задних поверхностей специальных резцов с углами наклона режущих кромок в/2=17°301 (слева) и 0/2=27°30 (справа): РКл - левая режущая кромка; РКп - правая
режущая кромка; ЗП - задняя поверхность
Вспомогательные параметры резцов аналогичны конструкции, рассмотренной в статье [5]. В результате графического моделирования в САПР «Компас-3Б» получены твердотельные модели резцов, представленные на рис 3 и 4.
Рис. 3. Твердотельная модель и фотография полученного инструмента с углом наклона режущих кромок в/2=17о301
Рис. 4. Твердотельная модель и фотография полученного инструмента с углом наклона режущих кромок
0/2=27о30
Ввиду того, что резцы имеют небольшие габаритные размеры в поперечном сечении, их режущие элементы целесообразно получать методом электроэрозионной обработки на станке с ЧПУ, позволяющим добиться высокой точности геометрических параметров режущих элементов - ±2 мкм и низкой их шероховатости - 0,32 мкм по Яа [7, 8]. Перед электроэрозионной обработкой тела резцов - прямоугольные параллелепипеды предварительно обрабатываются резанием, закаливаются и шлифуются по базовым поверхностям (рис. 3 и 4).
Таким образом, в результате применения рассмотренных выше постулатов, дополняющих процедуру проектирования [5] и рекомендаций по изготовлению, описанных в настоящей статье, получены специальные инструменты - резцы, позволяющие произвести новый этап физического моделирования процесса комбинированной
чистовой зубообработки ЦЗК шевингованием-прикатыванием, построенного на аналогии с процессом точения, с целью определения характера и механизма влияния на ход протекания процесса комбинированной обработки угла наклона режущих кромок 0/2.
Список литературы
1. Борискин О.И., Валиков Е.Н., Белякова В.А. Комбинированная обработка зубьев цилиндрических зубчатых колес шевингованием - прикатыванием: монография. Тула: Изд-во ТулГУ, 2007. 123 с.
2. Валиков Е.Н., Белякова В.А. Режуще-деформирующая чистовая обработка боковых поверхностей зубьев зубчатых колес: монография. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. 216 с.
3. Маликов А.А., Сидоркин А.В., Ямников А.С. Инновационные технологии обработки зубьев цилиндрических колес: монография. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. 335 с.
4. Маликов А.А., Сидоркин А.В., Васин С.А., Ковалев Ю.В. Концептуальные основы физического моделирования процесса шевингования-прикатывания цилиндрических зубчатых колес // СТИН. 2022. № 2. C. 2-7.
5. Маликов А.А., Сидоркин А.В., Ковалев Ю.В. Особенности проектирования инструмента для физического моделирования процесса шевингования - прикатывания цилиндрических зубчатых колес // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2023. № 5. С. 8-14.
6. Металлорежущие инструменты: Учебник для вузов по специальности «Технология машиностроения», «Металлорежущие станки и инструменты»» / Г.Н. Сахаров, О.Б. Арбузов, Ю.Л. Боровой и др. М.: Машиностроение, 1989. 328 с.
7. Alam M.N., Siddiquee A.N., Khan Z.A. A comprehensive review on wire EDM performance evalutation // Journal of process mechanical engineering. 2022. V 236 (4). P. 1724 - 1746.
8. Joshi A. Wire rat EDM process limitations for tool and die steel // International journal of technical research and application. 2014. №2. P. 65 - 68.
Маликов Андрей Андреевич, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой, tppizi@yandex. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Сидоркин Андрей Викторович, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Ковалев Юрий Вячеславович, аспирант, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Кузнецов Евгений Юрьевич, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
FEATURES OF TOOL DESIGN FOR EXPERIMENTAL RESEARCH (ON THE MODEL) EFFICIENCY OF CONTROL OF THE PROCESS OF FINISHING COMBINED PROCESSING OF CYLINDRICAL GEARS SHA VE - ROLLING
A.A. Malikov, A. V. Sidorkin, Yu. V. Kovalev. E. Yu. Kuznetsov
The article discusses the main aspects of designing a special structure of a combined cutting-deforming tool to study the feasibility and effectiveness of controlling the course of the process of combined (cutting-deforming) finishing gear treatment of cylindrical wheels by shave - rolling. Considerable attention is paid to the construction of the main shaping surfaces - the cutting elements of the tool and the possibility of its manufacture in the conditions of modern tool production. The necessity of using the above tool designs in the context of its operation by analogy with the turning process is substantiated.
Key words: shave - rolling, cylindrical wheels, process, tool, cutter, design, solid-state modeling.
Malikov Andrey Andreevich, doctor of technical sciences, professor, head of chair, tppizi@yandex. ru, Russia, Tula State University,
Sidorkin Andrey Victrovich, candidate of technical science, docent, alan-a@mail. ru, Russia, Tula State
University,
Kovalev Yury Vyacheslavovich, postgraduate, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Kuznetsov Evgenii Yur 'evich, candidate of technical science, docent, alan-a@mail. ru, Russia, Tula State University
