Повышение качества обработки поверхности и точности размеров при растачивании глубоких отверстий Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.91.01

Д.Е. Лазарев, Т.Г. Насад ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ И ТОЧНОСТИ РАЗМЕРОВ ПРИ РАСТАЧИВАНИИ ГЛУБОКИХ ОТВЕРСТИЙ

Проведен анализ метода вихревого растачивания точных отверстий. Установлено, что в процессе механической обработки происходит периодическое резание, аналогичное фрезерованию. Преимуществом данного метода обработки отверстий является разделение стружки на отдельные фрагменты, образование элементной стружки. Также преимуществом метода вихревого резания является обеспечение высокого качества обработки поверхности, высокой точности размеров, малой огранки и малого увода инструмента.

Растачивание отверстий, качество поверхности, точность размеров, расточной инструмент

D.E. Lazarev, T.G. Nasad IMPROVING OF SURFACE QUALITY AND DIMENSIONAL ACCURACY DURING BORING OF DEEP HOLES

The method of vortex boring of precise holes was analyzed. There is periodically cutting during the processing of holes, similar to milling. The advantage of this method is the separation of chip into separate fragments, the formation of elemental chip. Also, the advantage of the vortex cutting is providing a high quality surface and high dimensional accuracy, low surface defects and low cutting tool deviation.

Holes boring, surface quality, dimensional accuracy, boring tool

Из всех разновидностей обработки деталей резанием наиболее сложной и трудоемкой является расточка глубоких отверстий. Трудоемкость обработки заключается в недостаточной жесткости системы станок-приспособление-инструмент-деталь, невозможности контроля над процессом резания и низкой производительности.

Целью исследования является повышение качества механической обработки и точности размеров, снижение огранки и увода режущего инструмента при растачивании глубоких отверстий.

Для расточки отверстий существуют принципиально два различных вида инструмента: с определенностью и неопределенностью базирования (рис. 1).

Рис. 1. Расточные инструменты с определенностью (а) и без определенности (б) базирования

В первом случае при сложении всех составляющих сил резания, действующих на отдельные режущие лезвия инструмента, результирующее усилие теоретически должно быть равно нулю (развертки, зенкера, сверла и т. д.) [2].

На практике за счет различных отклонений, вызванных неточностью изготовления инструмента, неоднородностью материала детали, неравномерным припуском, приходящимся на каждое лезвие, этого не происходит. Возникает результирующая сила Rрез, величина и направление которой являются случайными величинами, что может привести к вибрациям, действующим на инструмент при недостаточной жесткости технологической системы. В инструментах с определенностью базирования результирующая сила находится в пределах угла у расположения направляющих шпонок, которые ее воспринимают, поэтому в данном случае обеспечивается лучшее качество обработки, меньше огранка и увод инструмента.

Рассмотрим схему с определенностью базирования. По данной схеме может производиться обработка скоростным фрезорастачиванием или, как указывается в некоторых литературных источниках, вихревым резанием (рис. 2). Обработка производится резцовой головкой 1, содержащей один или несколько режущих элементов 2. Резцовая головка установлена с возможностью вращения в борштанге 3 с частотой вращения пи, большей, чем частота вращения детали пд, причем вращение детали может быть попутным или встречным. В процессе работы для фиксации резцовой головки 1 от смещения в поперечном направлении и предотвращения поперечных колебаний на стебле закреплены направляющие шпонки 4. Ось вращения резцовой головки смещена относительно оси заготовки на некоторую величину 5, называемую эксцентриситетом, в результате чего съем металла при растачивании может происходить в зоне резания, расположенной в пределах дуги окружности обрабатываемого отверстия от точки

А до точки Б. При изменении частоты вращения резцовой головки сечение срезаемого слоя будет меняться [2].

Рис. 2. Схема вихревого растачивания отверстий:

1 - резцовая головка; 2 - резец-вставка; 3 - борштанга; 4 - направляющая;

5 -обрабатываемая деталь; 6 - сегмент срезаемой стружки

Параметры зоны резания: полухорда а и углы 1^д и (рис. 3) при невращающейся детали вы-

числяются из равенств:

а =

г Я 'Э

2 3

3 = Яз - гд, Яз = Я0 — I,

а

= 2 • агсвт—, Яз

а

\уи = 2 • агс8т —.

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

где Яо , Яз , га - радиусы обработанного отверстия, заготовки и окружности, описываемой вершинами резцов режущей головки.

Рис. 3. Параметры зоны резания при вихревом растачивании отверстий

При вращении детали рабочая зона увеличится в окружном направлении, в связи с чем, принимая во внимание поворот детали, данные формулы примут другой вид:

г

а

f \ Пд 1+^~

V np J

(6)

a = R3 ■ sin ysd, (7)

. a

yu = arcsin —. (8)

r

a

Если в резцовой головке установлено одновременно zu резцов, то их траектории будут смещены по дуге окружности обрабатываемого отверстия относительно друг друга на угол п:

п=Уи • Пд = 2 ■ arcsin(a/ ra )■ Пд (9)

nu • Zu nu • Zu '

Заключение. В данной работе проведен анализ метода вихревого растачивания точных отверстий. Установлено, что в процессе механической обработки происходит периодическое резание, анало-

гичное фрезерованию. Преимуществом данного метода обработки отверстий является разделение стружки на отдельные фрагменты, образование элементной стружки. Еще одним преимуществом метода вихревого резания является обеспечение высокого качества обработки поверхности (параметр шероховатости RA8... R30,4), высокой точности размеров (6...7 квалитет точности), малой огранки и малого увода инструмента.

ЛИТЕРАТУРА

1. Минков М.А. Технология изготовления глубоких точных отверстий / М.А. Минков. М.: Машиностроение, 1975. 76 с.

2. Отений Я.Н. Прогрессивные методы обработки глубоких отверстий / Я.Н. Отений, Н.Я. Смольников, Н.В. Ольштынский / РПК «Политехник», Волгоград, 2003. 178 с.

3. Родин П.Р. Металлорежущие инструменты: учеб. для вузов. / П.Р. Родин. 3-е изд., перераб. и доп. Киев: Вища шк., 1986. 455 с.

Лазарев Дмитрий Евгеньевич -

аспирант кафедры «Технологии и оборудование электрохимических и электрофизических методов обработки материалов» Энгельсского технологического института (филиала) Саратовского государственного технического университета

Dmitriy E. Lazarev -

post-graduate student of «Technologies and equipment for electrochemical and electrophysical methods of material processing» of Engels Technological Institute (branch) Saratov State Technical University

Насад Татьяна Геннадьевна -

доктор технических наук, профессор, заведующая кафедрой «Технологии и оборудование электрохимических и электрофизических методов обработки материалов» Энгельсского технологического института (филиала) Саратовского государственного технического университета

Tatyana G. Nasad -

Doctor of Technical Science, Professor,

Head of the Department «Technologies and equipment for electrochemical and electrophysical methods of material processing» of Engels Technological Institute (branch) Saratov State Technical University

Статья поступила в редакцию 30.05.2011, принята к опубликованию 24.06.2011