Поиск оптимальной конструкции сборных сверл со сменными многогранными пластинами при сверлении железнодорожных рельсов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Янгулов B.C. Редуктор системы автоматического регулирования повышенной долговечности: Автореф. дис.... канд. техн. наук. - Томск, 1984. - 24 с.

2. А.с 154746 СССР. МКИ F16H 1/00. Волновая передача / B.C. Янгулов и др. Заявлено 20.12.1978; Зарегистр. 2.02.1981.

3. А.с. 115074 СССР. МКИ2 G01C19/08. Привод рамок карданова подвеса гиростабилизатора / B.C. Янгулов и др. Заявлено 20.06.1977; Зарегистр. 7.04.1978.

4. А.с. 135850 СССР. МКИ2 G01C19/08. Привод рамок карданова подвеса гиростабилизатора / B.C. Янгулов и др. Заявлено 26.03.1979; Зарегистр. 6.10.1979.

5. А.с. 170753 СССР. МКИ1 G01C19/08. Привод рамок карданова подвеса гиростабилизатора / B.C. Янгулов и др. Заявлено 19.05.1981; Зарегистр. 5.03.1982.

6. А.с. 202396 СССР. МКИ1 F16H 1/00. Волновая передача / B.C. Янгулов. Заявлено 13.06.1983; Зарегистр. 27.04.1984.

7. А.с. 212950 СССР. МКИ1 F16H 1/00. Волновая передача / B.C. Янгулов. Заявлено 19.03.1984; Зарегистр. 27.12.1984.

8. А.с. 315418 СССР. МКИ5 F16H 1/00. Волновая передача / B.C. Янгулов идр. Заявлено 20.01.1988; Зарегистр. 1.07.1990.

9. А.с. 317718 СССР. МКИ5 F16H 1/00. Волновая передача / B.C. Янгулов идр. Заявлено 20.01.1988; Зарегистр. 3.09.1990.

Посту пила 26.12.2006 г.

УДК 621.9.02

ПОИСК ОПТИМАЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ СБОРНЫХ СВЕРЛ СО СМЕННЫМИ МНОГОГРАННЫМИ ПЛАСТИНАМИ ПРИ СВЕРЛЕНИИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ РЕЛЬСОВ

A.A. Баканов

Томский политехнический университет E-mail: alekbakanov@yandex.ru

Предложена методика силового анализа сборных сверл со сменными многогранными пластинами при сверлении железнодорожных рельсов, которая позволила повысить работоспособность инструмента. Методика основана на суммировании удельных составляющих силы резания по длине рабочих участков режущих кромок пластин. Повышение работоспособности достигается за счет уменьшения радиальных составляющих^силы резания от каждой из пластин.

18 декабря 2000 г. введен в действие новый стандарт ГОСТ Р 51685-2000 «Рельсы железнодорожные» (общие технические условия) взамен ГОСТ 24182-80 (СТСЭВ 4983-85) «Рельсы железнодорожные широкой колеи типов Р75, Р65 и Р50 из мартеновской стали» (технические условия). В связи с этим металлургические комбинаты Российской Федерации стали выпускать объемно-закаленные рельсы, твердость шейки у которых достигает 388 НВ. Это привело к использованию для сверления рельсов сборных сверл с механическим креплением сменных многогранных пластин (СМП) из твердого сплава, рис. 1, 2. Однако, при сверлении рельсов в полевых условиях, которое выполняется рельсосверлильными машинками моделей СТР-1, СТР-2, 3023, 3028, указанные сверла обнаруживают низкую работоспособность.

Рис, 1, Общий вид сверла с СМП

Для выяснения причин низкой работоспособности сверл с СМП был выполнен анализ геометрических параметров режущих пластин. Установлено,

что рассматриваемые сверла имеют неблагоприятные для протекания процесса сверления геометрические параметры: статического переднего ус, заднего а, угла и угла наклона режущей кромки Хс [ 1 -3 ].

Далее с целью оценки причин низкой работоспособности сверл с СМП выполнен анализ сил, действующих в процессе сверления. Для расчета составляющих силы резания была использована методика, основанная на суммировании удельных сил, действующих на единицу длины режущих кро-

Рис. 6. Взаимный разворот пластин для минимизации суммарной силы резания на сверле

Из рис. 6 следует:

где

\Р; = Руп - 1[ц -81111// + />" • соэ у/

Р/ =Р2П-Р2Ц-со$\1/-Рц -эту/

здесь /'", Р" и /I", Р" - радиальная и тангенциальная составляющие силы резания на периферийной и центральной пластинах [6].

Для базовой конструкции сверла, при развороте пластин на угол ц/=23° 12' суммарная радиальная сила уменьшается с 890 до 90 Н.

Изменение формы режущих кромок пластин и конструкции корпуса сверла. Невысокая жесткость технологической системы также отрицательно сказывается на работоспособности пластин в процессе врезания. Как видно из рис. 7, в процессе врезания на сверло действует изменяющаяся по модулю и направлению результирующая сила резания Р, которая приводит к колебаниям сверла и отклонению от цилиндричности получаемого заходного отверстия.

Глубина врезания, мм

Рис. 7. Зависимость составляющих силы резания обеих пластин стандартного сверла от глубины врезания

Для уменьшения колебаний результирующей силы резания необходимо, чтобы на каждом элементарном рабочем участке режущей кромки выполнялось условие Для этого на каждом элементарном рабочем участке режущей кромки (длина участка 0,2 мм) следует сформировать угол Хш (в плоскости резания) таким образом (рис. 8), чтобы выполнялось условие

/^+Л-81П/7,,-С08/7,, =0.

Отсюда /-„, = -у-агсэт —-1-.

Из этого уравнения следует, что радиальная сила резания может быть равна нулю, при условии Р,<0,5-Рг Далее не представляет труда найти соответствующий профиль передней поверхности пластин.

Вид АО

Р., ■ сое X

Р„- совХп, ■ г/л А„;

Рис. 8. Схема действия сил на элементарный участок режущей кромки, наклоненный под углом Хп,

При врезании сверла существуют участки режущих кромок СМИ, которые работают не одновременно (радиусный участок периферийной пластины и центральный, наиболее выступающий вдоль оси X, участок центральной пластины) и работающие одновременно (прямолинейные участки обеих пластин).

На участках, работающих не одновременно, минимизировать Р£ следует за счет взаимного разворота пластин на угол у/.

На участках, работающих одновременно на каждом элементарном участке обеих пластин (располагающемся на одном уровне по оси X), необходимо сформировать угол Хш таким образом, чтобы ^Е->пш1 (при этом значение ц/ найдено на предыдущем шаге). Для этого вначале находим значе-г1Р2

ние у/, при котором = 0 на участках, работающих не одновременно (Я//;=0). Затем на каждом элементарном участке (на обеих пластинах) находим

йР2

значение Хш, при котором -= 0 (здесь

Р*=ЛРУПЛП,РУЦАЦ, у/А))-

Известия Томского политехнического университета. 2007. Т. 311. № 2

По рассмотренной методике была определена форма режущих кромок обеих СМП сборного сверла (рис. 9), позволяющая минимизировать результирующую силу резания как в процессе врезания, так и при установившемся режиме сверления (рис. 10).

Рис. 9. Форма режущих кромок и взаимная ориентация пла -стин, при которой результирующая сила резания минимальна как при врезании, так и при сверлении всей шириной режущих кромок

Таким образом, установлены пути совершенствования конструкции с целью повышения работоспособности сборных сверл со сменными многогранными пластинами. Повышение работоспособности достигается за счет уменьшения радиальных соста-

вляющих силы резания от каждой из пластин как в процессе врезания, так и при установившемся процессе сверления. Это особенно важно при работе на станках с нежесткой технологической системой.

Глубина врезания, мм

Рис. 10. Зависимость составляющих силы резания обеих пластин сверла от глубины врезания. Параметры сверла: Ах=0,12 мм (центральная пластина выдвинута вперед вдоль оси X), уп=5°. Обе пластины лежат на оси. Взаимный угол разворота пластин у/=7°

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Петрушин С.И. Основы формообразования резанием лезвийными инструментами. - Томск: Изд-во HTJI, 2004. - 204 с.

2. Баканов A.A. Статические геометрические параметры сверла с СМП // Современные наукоемкие технологии. - 2006. - № 6. - С. 43.

3. Баканов A.A., Петрушин С.И. Работоспособность сверл с СМП при сверлении железнодорожных рельсов // Современные проблемы машиностроения: Труды III Междунар. научно-техн. конф. - Томск: Изд-во ТПУ, 2006. - С. 186-189.

4. Баканов А.А. Определение силы резания при сверлении сверлами с СМП // Фундаментальные исследования. - 2006. -№ 6. - С. 49.

5. Геворкян П.С. Высшая математика. Основы математического анализа. - М.: Физматлит, 2004. - 239 с.

6. Поляхов Н.Н., Зещда С.А., Юшков М.П. Теоретическая механика. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 2000. - 592 с.

Поступила 24.11.2006 г.