CC BY
237
Феофилов Николай Дмитриевич, д-р. техн. наук., проф., feofilovnd@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Янов Евгений Сергеевич, асп., dex aik@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
INSTALLATIONFOR POWER OPERATIONS RESEARCHHOBBING
N.D. Feofilov, E.S. Yanov
The problems associated with measuring the components of the cutting forces in gear hobbing, defined element base of the experimental setup. It was found that the use of a silver current collecting elements of the alloy with the transition resistance is not more than 0.4 Ohms provides a stable signal transmission din-vations of the thermometer to the analogdigital converter.
Key words: experiment, testing, cutting force, dynamometer, milling.
Feofilov Nikolai Dmitrievich, doctor of technical science, professor, feofi-lovnd@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Yanov Evgueny Sergeevich, postgraduate, dex aik@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК.621.9
ОСОБЕННОСТИ РАСТАЧИВАНИЯ ГЛУБОКИХ ОТВЕРСТИЙ
Н.В. Тюкина
Рассмотрены преимущества и недостатки операции растачивание. Выделены пути повышения виброустойчивости расточных резцов. Проведено исследование жесткости расточного резца с помощью программы SolidWorks.
Ключевые слова: растачивание отверстий, вылет резца, виброустойчивость, жесткость, исследледование.
Растачивание отверстий на токарных станках является широко распространенной технологической операцией, позволяющей достигать 67 квалитета точности. Кроме того, растачивание более универсально, чем, например, развертывание, основанное на применении мерных инструментов.
Расстояние от хвостовика до пластины, т.е. незакрепленная часть резца, называется вылетом. Вылет определяет максимальную глубину растачивания и является самым важным размером расточного резца. Слишком
189
большой вылет вызывает избыточные упругие деформации расточной оправки, способствует появлению вибраций, которые ухудшают качество поверхности, и может привести к преждевременному износу пластины. Для большинства операций необходимо выбирать расточную оправку с максимальной статической и динамической жесткостью. Статической жесткостью оправки называют ее способность противостоять упругим деформациям (отжиму) под действием силы резания. Динамическая жесткость оправки определяется ее способностью гасить вибрации. Жёсткость — это способность конструктивных элементов сопротивляться деформации при внешнем воздействии. Жесткость зависит от материала, формы, размеров, способа установки. Изменение жесткости вызывает изменение амплитуды колебаний. Жесткость влияет на чистоту обработки, выбор режимов резания, стойкость инструмента.
Существенным недостатком растачивания является консольное крепление инструмента, что уменьшает жесткость технологической системы. В результате это приводит к возникновению вибраций в процессе резания со всеми вытекающими из этого известными недостатками.
Пути повышения виброустойчивости расточных резцов вытекают из анализа известной зависимости для определения величины прогиба консоли:
Г =
РЬ3
ЪЕГ
где Р - сила резания; Ь - вылет резца; Е - модуль упругости; 7 - момент инерции.
Из нее следует, что для повышения виброустойчивости расточных резцов в первую очередь необходимо уменьшать вылет резца Ь. Однако его значение определяется глубиной растачиваемого отверстия. Обычно державки расточных резцов имеют круглое поперечное сечение. Так же установлено, что при вылете Ь = 4ё, где ё - диаметр оправки резца, обеспечивается их виброустойчивость в процессе резания.
При работе расточным резцом необходимо обеспечить минимально возможное значение силы резания Р. В основном это достигается путем выбора геометрии режущей части резца. Сейчас все больше используются сборные инструменты с СМП, поэтому для расточных резцов следует применять СМП формы типа Б и V, где величина главного угла в плане составляет 90°.
Так же необходимо использовать СМП с задними углами и величиной радиуса при его вершине 0,2-0,4 мм, и пластины с положительной геометрией передней поверхности. При эксплуатации расточных резцов допустимая величина износа задней поверхности не должна превышать 0.3 мм. Все это позволяет минимизировать силы резания и повысить виброустойчивость резцов. Необходимо использовать более прочные марки
твердых сплавов, а также использовать износостойкие покрытия типа PVD, что также положительно влияет на уменьшение вибраций в процессе резания.
Виброустойчивость расточных резцов зависит от модуля упругости Е материала державки. Целесообразно использовать резцы с твердосплавными державками. Такие резцы имеются в номенклатуре стандартных инструментов ведущих зарубежных производителей, например, фирмы Sand-vik Coromant.
Величина прогиба расточного резца зависит и от момента инерции 7 поперечного сечения державки, который определяется его геометрической формой и размерами.
Как уже отмечалось, современные конструкции расточных резцов с СМП имеют державку с круглой формой поперечного сечения. Однако известны конструкции резцов с квадратным сечением державок, например, резцы В.К. Семинского (рис. 1). При этом консольная часть державки закручена относительно части, на 45° вокруг ее оси.
Благодаря этому рабочая часть резца имеет квадратное сечение, расположенное так, что жесткость резца получается значительно большей, чем при обычном круглом сечении этой части. Это обеспечивает возможность существенного повышения режима резания при растачивании отверстий. Изготовление такого резца проще, чем обычного оттянутого. Такой резец отличается повышенной жесткостью по сравнению с обычным расточным резцом и допускает увеличение сечения стружки в 4-5 раз. При работе таким резцом с повышенной скоростью резания не наблюдается вибраций даже при значительном вылете державки.
Жесткость инструмента можно посчитать, используя известные формулы, а также специальные программы расчета. Проведем исследование жесткости расточного резца круглого сечения по величине прогиба с помощью программы SolidWorks.
Для такого анализа выбираем резец простой конструкции круглого
Рис. 1. Резец конструкции В.К. Семинского
сечения с 035 мм и длинной 500 мм. При этом длина консоли составляет 350 мм. Такой резец используется для растачивания глубоких конусообразных поверхностей. Статическое исследование инструмента в программе SolidWorks начинается с выбора марки материала державки резца.
В качестве материала державки для расчета выбрана легированная конструкционная сталь. Далее устанавливаются взаимодействия. Взаимодействия описывают, как тела взаимодействуют друг с другом или окружающей средой. Типичное статическое исследование содержит как минимум одно крепление и одну нагрузку и предполагает, что направление нагрузки не изменяется. Крепление показывает, как модель поддерживается. Нагрузки могут стимулировать взаимодействия, вызванные внешними телами или явлениями. На рис. 2 и 3 показано, что крепление осуществляется в хвостовой части, а нагрузка прикладывается к рабочей части резца. При обработке детали мы использовали прямое и обратное точение. При прямом точении пластина установлена в резце под углами ф = 45° и ф1 = 90° (рис. 2). А при обратном точении пластина установлена под углами ф = 90°
и ji = 45° (рис. 3). Путем расчета по нормативным данным мы определяем подачу и силу резания, которую прикладываем к инструменту. При прямом точении прикладываем силы Pz = 1660 Н, Py = 960 Н, Px = 900 Н (рис. 2), а при обратном точении прикладываем силы Pz = 1490 Н, Py = 480 Н, Px = 1060 Н (рис. 3). После приложения всех сил запускается статическое исследование инструмента. Программа оценивает напряжение, смещение и деформацию резца. Проверка деформации является первым шагом для оценки результатов. Значение деформации резца при прямом и обратном точении примерно одинаково и составляет 6,317 мм. По результатам исследования видно, что при прямом точении (рис. 2) максимальное отклонение достигает 2,505 мм, а при обратном точении (рис. 3) отклонение достигает 2,147 мм.
а б
Рис. 2. Моделирование деформирования консоли резца при прямом точении
<Г
р,
а б
Рис. 3. Моделирование деформирования консоли резца при обратном точении
После проведения исследования можно сказать, что максимальное отклонение при прямом и обратном точении в среднем достигает 2,3 мм. Поэтому при обработке данным резцом рекомендуется устанавливать инструмент выше оси на 2 мм, что бы избежать повышенных вибраций даже при значительном вылете державки. Зная отклонение резца, можно контролировать качество поверхности детали, стойкость инструмента и другие параметры на которые влияет жесткость инструмента.
Работа представлена на 3-й Международной Интернет - конференции по металлургии и металлообработке, проведенной в ТулГУ 1 мая - 30 июня 2014 г.
Список литературы
1.Алямовский А. А., SolidWorks Simulation Как решать практические задачи. СПб.: БХВ-Петербург, 2012. 445 с.
2.Косилова А.Г., Мещеряков Р.П., Справочник технолога-машиностроителя. Том 2. М.: Машиностроение, 1986. С.261.
3.Бруштейн Б.Е., Дементьев В.И. Основы токарного дела, М.: Профтехиздат, 1962.
4. http://www.sandvik.coromant.com/ru
Тюкина Наталия Валериевна, магистрант, nataliya-tyukina@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
FEA TURES BOARING DEEP HOLES N.V. Tyukina
The advantages and disadvantages of bearing operations. Highlighted ways to improve the resistance to vibration boring cutters. The study of stiffness boaring cutter with the help of the program SolidWorks.
Key words: boaring holes, sortie tool, vibration resistance, stiffness, issledledovanie.
Tyukina Natalia Valerievna, magister, nataliya-tyukina @yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University
