CC BY
87
ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ РЕЗАНИЕМ
УДК 621. 99
ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ НАРЕЗАНИЯ РЕЗЬБЫ ПУТЕМ УВЕЛИЧЕНИЯ РАДИУСА ПРИ ВЕРШИНЕ ИНСТРУМЕНТА ДО ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМОГО ЗНАЧЕНИЯ
В.М. Грязев
Предложено с использованием методики В. Ф. Боброва увеличивать радиус заточки вершинного лезвия инструмента для нарезания резьбы на высокопрочных материалах до предельно допустимого с использованием части допуска приведенного среднего диаметра. Показано на конкретном примере, что увеличение радиуса при вершине в 1,5 раза потенциально позволяет увеличить производительность резьбонарезания в 1,64 раза.
Ключевые слова: высокопрочная заготовка, резьба, радиус вершины инструмента, диаметральная компенсация погрешностей угла профиля.
В работах [1, 2] показано, что режущая керамика может быть использована при нарезании резьб на закаленных и отпущенных заготовках, причем при скорости резания в 2 раза большей, чем при точении резьбы твердосплавными пластинками известных мировых фирм. По заводским данным треугольные режущие керамические пластины формы Т имеют значения заднего угла 0 или 7° [3]. Минимальный радиус при вершине пластины составляет 0,4 мм.
Стандартом [4] предусмотрены следующие положения.
1. Реальный профиль впадины наружной резьбы ни в одной точке не должен выходить за линию плоского среза на расстоянии Н / 4 от вершины исходного треугольника.
2. При закругленной форме впадины наружной резьбы радиус кривизны реального профиля ни в одной точке не должен быть менее 0,1Р (рис. 1).
Рис. 1. Схема для расчета радиуса впадины наружной резьбы
При высоких требованиях к прочности резьбы может устанавливаться наименьший радиус кривизны реального профиля впадины наружной резьбы R min= 0,125Р.
Исследователи в области резьбонарезания искали пути максимально возможного увеличения допустимого радиуса при вершине резьбового резца [5, 6].
Из режущих кромок резца вершинная находится в наиболее тяжелых условиях [6]. У нее наибольшая толщина срезаемого слоя и наименьшее отношение ширины слоя к толщине. Ограниченная масса вершины резца затрудняет отвод тепла от вершинной режущей кромки. Вследствие этого средняя теплонапряженность вершинной режущей кромки значительно выше, чем боковых. Таким образом, для повышения износостойкости резца необходимо максимально увеличить ее длину.
Если вершинная режущая кромка очерчена дугой окружности, то ее радиус r должен быть максимально возможным. Для этого так же, как и при увеличении длины прямолинейной режущей кромки, может быть использована часть допуска на средний диаметр резьбы.
Антонов Н.П. [5] предложил следующую методику определения максимального радиуса вершинной режущей кромки резца, нарезающего
метрическую резьбу. Максимальное значение радиуса r вершинной режущей кромки резца определяют из условия, что внутренний диаметр резьбы контролируется проходным калибром с прямыми срезами профиля по диаметру, равному наименьшему внутреннему диаметру гайки (рис. 2).
Окружность радиуса r должна проходить через крайние точки отрезка длиной 2r0 cos j и касаться боковых сторон профиля резьбы со средним диаметром d2 - D. Значение радиуса Г может быть определено
следующим образом: r'2 = h2 +(r0cos j)2. С другой стороны,
176
Г л Л
/
r = h + ro cos jctgj + D sin j. Определив h из второго выражения, подста-V 2 у
вив его в первое и решив квадратное уравнение относительно r\ получим для угла 2 j = 60°
^_ 6го + 2А + д/6г0А +А2 (1)
Г _ 6 , ( ) где го - номинальный радиус вершинной режущей кромки резца, определяемый шагом резьбы; А - часть допуска Т^2 на средний диаметр резьбы,
используемая для диаметральной компенсации погрешностей шага и угла профиля резьбы.
Рис. 2. К расчету максимального радиуса вершинной режущей кромки резца для нарезания наружной метрической резьбы
Поле рассеивания Т^ - А собственно среднего диаметра резьбы -
определяют экспериментально [6].
Заточка вершинной режущей кромки резца по дуге окружности повышает стойкость резца и предельное значение подачи, при котором не происходит хрупкое разрушение вершины резца. Увеличение радиуса вершинной режущей кромки при нарезании метрической резьбы позволяет повысить допускаемую скорость резания в соответствии с выражением [6]
V _ Сгг^, (2)
где показатель степени qv в зависимости от материала нарезаемой детали находится в пределах 0,25.. .0,55.
Увеличение предельно допустимой подачи для резца из сплава
0 85
т30к4 - sпр _ Csг ’ [5]. При возрастании радиуса г увеличивается длина
вершинной режущей кромки, что приводит к некоторому возрастанию главной составляющей силы резанияPz, Pz = CPrqP , где показатель qP лежит в пределах 0,2... 0,3.
Определим максимально возможный радиус вершины резца для нарезания резьбы М40х2.
В соответствии со стандартом R = 0,2 мм; R^^ = 0,25 мм. Используя методику Антонова Н.П. [5], по формуле (1) определим допустимое значение максимально возможного радиуса вершины резца.
Для определения А - части допуска Td2 на средний диаметр резьбы - нужно знать два параметра: используемую для диаметральной компенсации погрешностей шага и угла профиля резьбы.
Из стандарта [7] имеем для резьбы М40х два значения: d=40 мм,
dср = d2 = 38,701 мм, йвн = di = 37,835 мм, Td2 = 0,280 мм.
Бобров В.Ф. указывал, что эти величины следует определять экспериментально [6]. Действительно, как известно их общей технологии машиностроения [8], в большинстве случаев для оценки точности всего технологического процесса (а не отдельных его элементов) требуется знание суммарной погрешности.
Суммирование элементарных погрешностей, хотя в принципе и возможно, но не дает достоверных результатов. С одной стороны, это объясняется приближенностью предложенных методик и зависимостей, а с другой - вероятностным характером величин элементарных погрешностей.
Примером сложности аналитического определения погрешностей приведенного среднего диметра может служить методика определения погрешностей угла профиля резьбы в зависимости от переднего угла и диаметра нарезаемой резьбы, разработанная Бобровым В.Ф. [6].
При использовании стандартных неперетачиваемых пластинок корректировка профиля передней поверхности вообще невозможна, поэтому нарезанная резьба будет иметь угловую погрешность осевого профиля, определяемую зависимостями
^ P
tntgj±^e
tgjo1 =-----^
_ P
tntgj +~- e
tgjo2 =-----, (4)
где tn - высота рабочей части профиля резьбового резца,
tn = R cos t- Ricos g. (5)
В свою очередь, t - высота рабочей части профиля резьбы,
t = R — Ri;
r - радиус наружного цилиндра резьбы; R\ - радиус внутреннего цилиндра резьбы.
Углы t и g определяются из выражений
sin t = R^sinlg , (6)
e = |g| —t. (7)
Рассчитаем погрешности угла профиля на примере резьбы М40х2 при следующих исходных данных.
1. Углы профиля резьбовой пластины ф = 30°.
2. Передние углы установки пластины g = 0, — 5, —10 °.
Тогда R =20 мм, Ri=18,9175 мм, t = R — Ri= 20 - 18,9175 =
1,0825 мм.
Последовательность вычислений будет следующая.
1. Для каждого значения g= 0, — 5, —10 ° вычислим значения вспомогательных углов t и e по зависимостям (6) и (7).
2. Определим соответственно значения tn по зависимости (5).
3. Определим значения tgj01 и tgj02 по зависимостям (3) и (4).
4. Определим значения углов ф01 и ф02.
Для наглядности вычислений составим расчетную таблицу.
Расчет значений углов профиля резьбы
g t, (б) e, (7) (5) n t ^job (3) tgjo2 , (4) jo1 jo2
0 0 0 1,0825 0 0 3 о о 3 о о
— 5o 4o 44' 0o16' 1,086 0,5806 0,5778 30o 08' 30o 03'
— 10o 9o 27' 0o33' 1,098 0,5885 0,583 30o 29' 30o14'
Суммарный допуск на средний диаметр Td2 (мкм) определяется
ГОСТом 16093-70, как сумма трех слагаемых: Td2 > (Лd2 + fp + fф), где
Дd 2 - наибольшее отклонение собственного среднего диаметра резьбы, мкм; fp - диаметральная компенсация погрешности шага.
Для метрической резьбы с симметричным профилем диаметральная компенсация погрешности шага fp = 1,732^, мкм, где ^ - абсолютное значение погрешности шага на длине свинчивания, мкм.
179
Диаметральная компенсация погрешности угла профиля определяется зависимостью ф = 0,36PДф, мкм, где Р - шаг резьбы, Дф - среднее
арифметическое абсолютных значений погрешностей обеих половин профиля, мин; Лф = Лф01 + |Лфо21
Для переднего угла у = -5° получаем Дф = 11, тогда /0 = 0,36PДф = 0,36 • 2 • 11 = 7,92 мкм, что составляет 2,8 % от допуска на
приведенный средний диаметр.
Для переднего угла у = -10° получаем Дф = 43', тогда / ю° = 0^Дф = 0,36 • 2 • 43 = 30,98 мкм, что составляет 11 % от допуска
на приведенный средний диаметр.
Следует заметить, что определена только одна систематическая составляющая погрешности приведенного среднего диаметра нарезаемой резьбы. На практике даже для этой составляющей возможны вариации, например, погрешности заточки и установки пластины и т.д. Поэтому следует признать справедливость заключения Боброва В.Ф. [6] о необходимости опытного определения Д - части допуска Td2 на средний диаметр резьбы
- для подстановки в формулу (1). По экспертным оценкам сотрудников Тульского научно-исследовательского технологического института и Тульского оружейного завода [9, 10] можно полагать Д = (0,5...0,6^2 .
Полагая Д = 0,5Td2 = 0,14 мм, получим
, 6г0 + 2Д + д/6г0Д + Д2 6 • 0,2 + 2 • 0,14 + д/6 • 0,2 • 0,14 + 0,142 Л
г =---------------=------------ ------------= 0,32 мм.
66
По правилам округления принимаем радиус вершинной кромки лезвия, равным 0,3 мм. То есть использование части допуска на приведенный средний диаметр резьбы позволяет в данном случае увеличить радиус вершины резца в 1,5 раза, что очень важно для повышения его работоспособности по критериям прочности и стойкости. Кроме этого, увеличение радиуса вершины резца позволяет соответственно увеличивать подачу на рабочий ход и производительность резьбонарезания.
В работе Антонова Н.П. [5], в частности, приводится зависимость для определения предельно допустимой подачи sпр от радиуса вершины
инструмента г, глубины врезания t и твердости заготовки НВ при нарезании метрической резьбы резцом из твердого сплава Т30К4:
4, = 1380г 0-85
V -,О.7^и5. (8)
Поскольку зависимость (8) эмпирическая, а значит, в других усло-
виях, например, при замене инструментального материала на режущую керамику, постоянная и показатели степеней могут измениться, но общая закономерность остается. При увеличении радиуса в 1,5 раза допустимая величина подачи в соответствии с зависимостью (8) на каждом проходе
1 *0,85
вырастет в 1,5 =1,411 раза.
Из формулы (2) получаем потенциальное повышение производительности в 1,5 ’ - 1,5 ’ раза, или в 1,107 - 1,25 раза, или в среднем в 1,16 раза. Итого суммарное повышение производительности можно ожидать в 1,64 раза. Поэтому можно считать, что при нарезании резьбы на заготовках из высокопрочных материалов целесообразно использовать описанный прием увеличения радиуса вершины резьбовой пластины по сравнению с величиной, рекомендуемой стандартом на резьбу.
Список литературы
1. Ямников А.С., Грязев В.М. Перспективы нарезания резьбы резцами с керамическими пластинками // Технологическое обеспечение машиностроительных производств: сб. науч. тр. I Международной заочной научно-технической конференции / под ред. В.И. Гузеева и А. А. Дьяконова. Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2014. С. 505-512.
2. Грязев В.М. О возможности нарезания резьбы резцами с керамическими пластинками // Известия ТулГУ. Технические науки, 2013. Вып. 11. С. 230-235.
3. Завод технической керамики. Продукция. [Электронный ресурс] // иКЬ: http://www.techceram.ru/production // (дата обращения: 01.03.2014).
4. ГОСТ 16093-81 (СТ СЭВ 640-77) Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба метрическая. Допуски. Посадки с зазором.
5. Антонов Н.П. Скоростное нарезание резьбы резцами методом последовательных проходов. // Технология машиностроения: сб. науч. трудов. Тула: ТулПИ, 1971. Вып. 23. С. 17-28.
6. Бобров В. Ф. Многопроходное нарезание крепежных резьб резцом. М.: Машиностроение, 1982. 104 с.
7. ГОСТ 24705 - 81 Резьба метрическая. Основные размеры. (СТ СЭВ 182-75).
8. Основы технологии машиностроения: учебник для вузов / А.С. Ямников [и др.]; под ред. А.С. Ямникова. Тула: Изд-во ТулГУ, 2006. 269 с.
9. Ямников А. С., Иванов В.В., Чуприков А. О. Снижение систематических погрешностей при токарной обработке тонкостенных сварных корпусов // Справочник. Инженерный журнал. 2013. № 9. С. 31-36.
10. Грязев В.М., Чуприков А.О. Анализ причин повышенного изнашивания режущей пластины при нарезании усиленной упорной резьбы
на заготовках из высокопрочных материалов // Известия ТулГУ. Технические науки. 2014. Вып. 1. С. 227-233.
Грязев Василий Михайлович, магистрант, tms@,tsu. tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
INCREASE OF PRODUCTIVITY OF CUTTING OF THE CARVING BY UVELICHNEIYA OF RADIUS AT TOP THE TOOL TO MAXIMUM PERMISSIBLE VALUE
V. M. Gryazev
It is offered to increase with use of a technique of V.F. Bobrov the radius of sharpening of a topmost edge of the tool for carving cutting on high-strength materials to maximum permissible with use ofpart of the admission of the specified average diameter. It is shown on a concrete example that the increase in radius at top by 1,5 times potentially allows to increase carving cutting productivity by 1,64 times.
Key words: high-strength preparation, carving, radius of top of the tool, diametrical compensation of errors of a corner of a profile.
Gryazev Vasily Mikhaylovich, undergraduate, tms@tsu.tula.ru, Russia, Tula, Tula State University
