CC BY
7
Машиностроение и машиноведение
ОТДЕЛОЧНАЯ ОБРАБОТКА ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ОТВЕРСТИЙ ДЕФОРМИРУЮЩЕ-РЕЖУЩИМ ПРОТЯГИВАНИЕМ
Амбросимов Сергей Константинович, д.т.н., профессор Усов Николай Дмитриевич, студент (e-mail: [email protected])
Липецкий государственный технический университет, г.Липецк, Россия
(e-mail: [email protected])
Данная статья посвящена чистовой обработке цилиндрических отверстий при деформирующе-режущей протяжке
Ключевые слова: деформирующе-режущая протяжка
В последние годы для обработки отверстий широко применяются комбинированные методы обработки, а также методы обработки со смещением режущей кромки относительно поверхности резания [1, 2, 3], что обеспечивает повышение производительности и повышение стойкости режущих инструментов. При протягивании самостоятельное смещение режущих кромок возможно только за счет объединения режущих и деформирующих зубьев в один элемент [4, 5] и наклонного расположения к оси деформирующих зубьев, что позволяет деформирующе-режущим (ДР) элементам вращаться при прохождении через отверстие [6].
При комбинированном протягивании предварительное деформирование перед резанием позволяет равномерно распределить припуск под резание. Кроме того, деформирующие зубья механически упрочняют поверхностные слои металла, что приводит к последующему снижению сил резания и увеличению стойкости режущих зубьев [7, 8].
Протяжка [9] состоит из ДР элементов 1 (рис. 1), установленных на оправке 2. Пазы 3, ширина b которых (рис. 1 и 2) равна толщине образованных зубьев 4 выполнены на рабочей поверхности элементов 1 под углом ^ (рис. 3) к оси протяжки в секущей плоскости перпендикулярной к оси ДР
элемента. Кроме того, угол ^ имеет положительное значение с левой стороны зуба при правом их наклоне к оси и, наоборот, положительное значение с правой стороны зуба при левом их расположении. Причем, зубья расположены под углом a к оси ДР элемента таким образом , чтобы точка А, определяющая начало контакта зуба с обрабатываемой поверхностью, располагалась от линии пересечения заборного конуса с цилиндрической ленточкой на расстоянии l по оси протяжки, величина этого расстояния определяется по формуле
l _ b ■ cos(arctg(sin a ■ tga))
sin®- cos/ (1)
где угол ¥ передний угол (рис. 4), который определяется в сечении, перпендикулярном к передней поверхности зуба, которая находится на пересечении левой боковой поверхностью паза, выполненного под углом® к оси элемента и заборного конуса, а также цилиндрической ленточки при правом наклоне зубьев к оси;
а - угол заборного конуса
Таким образом длина режущей кромки на заборном конусе равна отрезку от точки А до начала цилиндрической ленточки. За счет вдавливания деформирующего зуба в поверхность отверстия главная режущая кромка продолжается от точки Е, т. е. начала ленточки до некоторой точки на обратном конусе и поэтому расстояние от точки Е до заднего торца ДР элемента должно быть не менее 1 по оси ДР элемента. Каждый последующий ДР элемент размещают на оправке так, чтобы точка Еь располагающаяся на главной режущей кромке в осевом направлении, совпадала с точкой Б предыдущего элемента, при четном количестве всех элементов протяжки.
Рис.1 Общий вид ДР элементов протяжки
Б-Б
А-А
Рис. 2 Схема срезания слоев в поперечном сечении протяжки
При входе протяжки в отверстие с натягом 1 на каждый элемент зубья первого элемента входят в контакт с поверхностью в точках А (рис. 2), они пластически раздают диаметр отверстие в зонах контакта зубьев на участках заборного конуса, В зонах пазов диаметр отверстия увеличивается в меньшей степени.
Образующиеся на обрабатываемой поверхности выступы, растягиваются в окружном направлении за счет раздачи отверстия и неразрывности де-
формации по стенке заготовки. Левая боковая поверхность зуба представляет собой переднюю поверхность при правом их наклоне с оси элемента.
Она располагается одновременно под углами a к оси ДР элемента и ^ в поперечном сечении А-А, за счет этого при поступательном движении протяжки передние поверхности зубьев встают на пути, образующихся в отверстии выступов и срезаются.
Таким образом, деформирующие зубья, продавливая пазы на поверхности отверстия, одновременно растягивают образующиеся между ними выступы, которые срезаются в растянутом положении. Резание происходит, во-первых, по предварительно механически упрочненному слою за счет прохождения предыдущего элемента, а во-вторых, в зонах растяжения этого уже упрочненного слоя. Это позволяет снизить силы резания за счет снижения ресурса пластичности предварительно упрочненных слоев металла, а также за счет увеличения показателя напряженного состояния, которое происходит в пластически растянутых слоях.
Сразу при образовании выступа в точке А начала контакта он начинает срезаться, при этом срезаемый слой расширяется и увеличивается его толщина до захода точки Е элемента в зону обработки. Далее ширина и толщина срезаемого слоя снижается до нуля при выходе элемента из зоны обработки. Таким образом, наибольшая ширина срезаемого слоя равна длине отрезка АЕ режущей кромки
АЕ _ Ц cosa- cosa (2)
Наибольшая высота образованных выступов и толщина срезанного слоя определенная экспериментально составляют
h _ (0.20 - 0.25)i
Рис. 3 Развертка ДР элементов протяжки
Все материальные точки принадлежащие заготовке, расположенные по периметру отверстия (А. В. С) в разные моменты времени входят в зону резания и деформирования и за счет этого на поверхности обработанного отверстия образуются две чередующиеся доминантные зоны. Зона с преобладанием резания над деформированием и доминантная зона деформирования. Первая находится на участке ВС, вторая на участке АВ. Напри-
мер, точки находящиеся на участке АВ вблизи точки В проходят максимальный путь I до начала резания в зоне паза и претерпевают лишь небольшую деформацию на небольшом участке цилиндрической ленточки. Точки находящиеся на участке ВС вблизи точки С проходят максимальный путь 21 без резания, но подвергаются значительной деформации на заборном конусе от точки С до точки Б. Таким образом, на участке АВС срезается припуск треугольной формы по периметру ДВСО.
Чередование зон резания и деформирования по периметру приводит к постоянному изменению сил резания и деформирования, которые зависят как от положения материальной точки в поперечном сечении отверстия, так и от осевого положения элемента при его движении. Так например, сила резания и деформирования на участке АВ возрастают при входе до ленточки, а на участке СВ снижаются.
Значительное снижение силы резания кроме прочего обеспечивается косоугольным резанием, за счет выполнения зубьев под углом с к оси протяжки, и передней поверхности под углом у, т. е., из-за увеличения действительного и переднего угол ук
ук = • (3)
Срезаемый одним элементом в поперечном сечении по линии АВС слой материала представляет собой линзообразную фигуру ДОС с максимальной толщиной ОВ в центральной части. Поэтому для равномерного удаление припуска по периметру отверстия необходимо чередовать зоны резания и деформирования таким образом, чтобы следующий линзообразный срезаемый слой на участке ВСВ. Для этого следующий элемент располагают с угловым смещением относительно предыдущего таким образом, чтобы начало зоны деформирования первого элемента (точка С) по оси совпадала с зоной максимального резания следующего элемента (точка В1).
Выводы. Разработанный метод комбинированного протягивания эффективно увеличивает диаметр отверстия за счет пластической деформации и последующего косоугольного резания по механически упрочненному слою, что снижает силы резания, повышает стойкость режущих зубьев и производительность за счет уменьшения длины протяжки, повышает качество обработанной поверхности.
Список литературы
1. Амбросимов С.К. Исследование новых методов фрезерования со скольжением режущей кромки относительно поверхности резания/ Наука и современность №2 (2 2014) с 41 - 52. РИНЦ договор № 255-04/201
2. Амбросимов С.К. Фрезерование фасонных поверхностей с постоянным перемещением режущей кромки относительно поверхности резания/ Техника и технологии: пути инновационного развития: Сборник научных трудов 5-й Международной научно-практической конференции Юго-Зап. гос. ун-т, ЗАО «Университетская книга», Курск, (29-30 июня 2015 года)
3. Ambrosimov S.K. / Milling complex surfaces with cutting edge displacement towards the cut surface / S Ambrosimovl and A Zhirkov 2 // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 124 (2016) 012002 doi:10.1088/1757-899X/124/1/012002
4. А.с. 1764866 СССР. Прошивка. Амбросимов С.К. / С.К. Амбросимов, И.И. Шацких, Н.В. Яковлева, Д.Б. Тищенко. — заявитель и патентообладатель Липецкий политехнический институт. - №4699439/08; Заявл. 18.04.89. Опубл. 30.09.92. Бюл. №36.
5. Амбросимов, С.К. Методы деформирующе-режущего протягивания и инструменты с упругими деформирующими элементами [Текст] / С.К. Амбросимов // Вестник ЛГТУ. - 2018. -№1. - С. 56-61.
6. А.с. 1146149 СССР. Деформирующе-режущая протяжка. Кузнецов А.М. / А.М. Кузнецов, Ю.М. Уляхин, С.К. Амбросимов. — заявитель и патентообладатель Московский автомеханический институт. — №3568630/25-08; Заявл. 30.03.83. Опубл. 23.03.85. Бюл. №11.
7. Амбросимов, С.К. Упругопластическое растяжение зоны резания, инновационное направление деформирующе-режущего протягивания [Текст] / С.К. Амбросимов // Ремонт восстановление, модернизация. - 2018. - №3. - С. 38-42.
8. Амбросимов, С.К. Снижение сил резания при опережающем пластическом деформировании металлов [Текст] / С.К. Амбросимов // Вестник БГТУ. - 2018. - №7. - С. 13-18.
9. Патент RU 2237552 МКИ 7 B23D43/02 Деформирующе-режущая протяжка. Амбросимов С.К., Крюков О.Н. - заявитель и патентообладатель Липецкий государственный технический университет - №2003109772/02; Заявл. 07.04.2003. Опубл. 10.10.2004. Бюл. №28.
Ambrosimov Sergey Konstantinovich, doctor of engineering sciences, professor
Lipetsk state technical university, Lipetsk, Russia
Usov Nikolai Dmitrievich, student
(e-mail: [email protected])
Lipetsk state technical university, Lipetsk, Russia
FINISHING OF CYLINDRICAL HOLES BY DEFORMABLE-CUTTING BROACHING
Abstract: The article is devoted to finishing of cylindrical holes by deformable-cutting broaching.
Key words: deformable-cutting broaching
