CC BY
0УДК 62
Селяметов Р.Ю.
аспирант
Крымский инженерно-педагогический университет им. Ф. Якубова
(г. Симферополь, Россия)
ПОВЫШЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ РЕЗЬБОНАРЕЗНОГО ИНСТРУМЕНТА ПРИ ОБРАБОТКЕ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Аннотация: настоящая работа посвящена исследованию методов повышения работоспособности резьбонарезного инструмента при обработке полимерных композиционных материалов. В условиях активно развивающихся технологий и увеличивающихся требований к качеству продукции, вопросы долговечности и производительности инструмента имеют первостепенное значение.
Ключевые слова: работоспособность, резьбонарезной инструмент, полимерные материалы, износ инструмента, долговечность, производительность, покрытия, технологии обработки.
В настоящее время использование полимерных композиционных материалов становится все более популярным в различных отраслях промышленности. Они обладают высокой прочностью, легкостью и устойчивостью к воздействию различных химических веществ. Одним из ключевых этапов в процессе изготовления изделий из полимерных композитов является обработка резьбонарезным инструментом, таким как фрезы или метчики.
Однако при обработке полимерных композиционных материалов возникает ряд проблем, которые снижают работоспособность резьбонарезного инструмента.
Во-первых, полимерные материалы обладают низкой теплопроводностью, что приводит к повышенному тепловому воздействию на инструмент.
Во-вторых, наличие абразивных частиц в материале может привести к быстрому износу режущей кромки инструмента.
В-третьих, поверхность полимерных композиционных материалов часто содержит наполнители, которые могут вызывать образование накопления и застревание материала на режущем инструменте.
В связи с этим, специалисты промышленности активно разрабатывают новые технологии обработки полимерных композитов, которые позволяют минимизировать влияние вышеупомянутых факторов. Например, применение ультразвуковой обработки может существенно улучшить качество обработки и увеличить срок службы инструмента. Также важно учитывать тип полимера, который обрабатывается, и выбирать инструмент с соответствующими свойствами, чтобы обеспечить оптимальное сочетание прочности и долговечности инструмента с требованиями к материалу.
Использование специальных смазок, содержащих антифрикционные добавки, также способствует снижению тепловыделяющих процессов и уменьшению износа инструмента, что в конечном итоге позволяет экономить финансовые ресурсы и время на производство.
Не менее важным является подбор оптимального инструмента и материалов для работы, что, в свою очередь, влияет на качество и скорость выполнения задачи. Например, использование современных сплавов в инструментах повышает их долговечность и позволяет обрабатывать даже самые агрессивные материалы. К тому же, применение специальных смазок и антифрикционных веществ способствует снижению трения и тепловыделения, что положительно сказывается на производительности и продолжительности работы оборудования.
Ключевым фактором эффективности в процессе механического обработки материалов является использование высококачественных
инструментов и оборудования. При работе с полимерно-композитными материалами могут возникнуть определенные трудности, обусловленные ограниченным доступом к специализированному оборудованию и уникальным технологиям, а также к инструментам, специально разработанным для обработки этих материалов.
В этих условиях часто приходится использовать инструменты, изначально рассчитанные на работу с металлом или деревом, что затрудняет получение максимальной производительности. Более того, многообразие пластмасс, применяемых в производстве, и ограниченные знания о их характеристиках и влиянии на процесс обработки также могут стать препятствием [2].
Мт
8,0 6.0
Ф 2,0
10 да т
м
t
У
/
У
/
QOJ аш QO& 005 Ol S. пм/аС
Рис. 1. Зависимость шероховатости обработанных поверхностей жесткого поливинилхлорида от подачи: 1-Алмазные резцы, 2-твердосплавные резцы
Исследование М. Окоси Камогавы предоставило ценную информацию для оптимизации процесса обработки пластмассовых деталей резанием. Данные показывают, что одним из ключевых факторов, влияющих на качество обработанных поверхностей, является подача инструмента. Уменьшение подачи приводит к значительному снижению шероховатости, что, в свою очередь, уменьшает необходимость в дополнительных завершительных этапах обработки и снижает риск появления дефектов, таких как трещины и прижоги
Интересно отметить, что скорость резания не оказывает существенного влияния на показатели шероховатости, оставаясь в пределах допустимого класса для каждого материала. Это важно для практики, так как позволяет операторам сосредоточиться на правильной подаче резца, не слишком беспокоясь о выборе оптимальной скорости резания.
Таким образом, это исследование установило важные предельные значения для подачи и скоростей резания, которые помогут инженерам и технологам улучшить качество обработки пластмассовых поверхностей.
Рис. 2. Резец с положительным передним углом резания 20°
В ходе изучения были выявлены оптимальные характеристики формы режущего инструмента путем анализа различных взаимосвязей [1].
Рис. 3. Резец с отрицательным передним углом резания 5°
Выводы, которые мы можем сделать из приведенных данных, представляют важное значение для специалистов, занимающихся обработкой материалов и стремящихся к достижению высокой точности и качества готовой продукции.
Прежде всего, необходимо осознавать значимость переднего угла резца для создания стружки и качества обработанной поверхности. Применение резцов с передними углами, расположенными вне нормы от -5° до +20°, может
привести к появлению нежелательной форме стружки и значительному ухудшению качества поверхности.
Кроме того, не стоит забывать о роли заднего угла резца в получении идеальной поверхности. При увеличении заднего угла снижается трение при контакте с деталью, что, в свою очередь, уменьшает шероховатость. Однако, если задний угол превышает 30°, прочность режущего клина и его способность к теплоотводу ухудшаются, что может отразиться на продолжительности службы инструмента.
Таким образом, для получения идеального качества обработки пластмассовых деталей рекомендуется использовать резцы с передними углами в пределах от -5° до +20° и заднего угла, не превышающего 30°. Это позволит найти баланс между требованиями к низкой шероховатости и долговечности резца, что, в свою очередь, существенно улучшит результаты обработки и повысит качество конечных продуктов [6-9]
Идеальными значениями для заднего угла резца являются значения в диапазоне от 15° до 25° [3].
При подготовке полимеров для получения более высокой шероховатости необходимо использовать инструменты с основным углом от 30° до 60°. Уменьшение основного угла до менее 30° может вызвать
Рис. 4. Резец с задним углом резания 30°
Рис. 5. Пределы задних углов (от 15° до 25°) для обработки пластмасс
деформацию заготовки и негативное влияние вибраций на процесс обработки и форму изделия. Увеличение вторичного угла до 10°-25° увеличивает высоту неровностей поверхности. В случае тонкостенных полимеров резцы с параллельной подачей и фаской могут обеспечить высокую шероховатость.
При обработке полимерных композиционных материалов с помощью резьбонарезного инструмента, повышение работоспособности играет важную роль в обеспечении качественной и эффективной обработки.
Для повышения работоспособности резьбонарезного инструмента при обработке полимерных композиционных материалов можно использовать несколько методов и подходов. Во-первых, важно правильно подобрать специальные режимы обработки с учетом свойств конкретного полимерного композиционного материала. Это включает определение оптимальных параметров обработки, таких как скорость резания, подача и глубина реза.
Кроме того, выбор подходящего резьбонарезного инструмента также имеет большое значение для повышения его работоспособности. Современные разработки в области резьбообразующих инструментов, такие как гравировальные струны и спиральные зубцы, позволяют достичь лучшей производительности и качества обработки полимерных композиционных материалов. Оптимальная форма зубцов и подходящая конструкция инструмента способствуют улучшению точности резания и минимизации риска повреждения материала.
Кроме того, применение современных покрытий на поверхности резьбонарезного инструмента также способствует повышению его работоспособности при обработке полимерных композиционных материалов. Такие покрытия, как твердосплавные, алмазные или нитроармированные, обеспечивают высокую износостойкость и устойчивость к тепловому воздействию. Это значительно улучшает срок службы резьбонарезного инструмента и его эффективность при обработке полимерных композиционных материалов [10].
Наконец, регулярное обслуживание и точная калибровка резьбонарезного инструмента являются неотъемлемой частью обеспечения его работоспособности. Регулярная заточка и чистка инструмента помогают поддерживать его в хорошем состоянии и предотвращать образование осколков и повреждений. Калибровка инструмента также важна для обеспечения точности обработки и предотвращения погрешностей и дефектов.
Ниже представлены основные методы повышения работоспособности резьбонарезного инструмента.
1. Применение современных материалов и покрытий. Использование высококачественных материалов для изготовления резьбонарезного инструмента значительно увеличивает его износостойкость и долговечность. Конструкционные стали с добавлением легирующих элементов, таких как ванадий, молибден или вольфрам, позволяют улучшить механические свойства инструмента. Также важно применение специализированных покрытий, таких как нитрид титана нитрид алюминия-титана и алмазные покрытия, которые уменьшают трение и защищают инструмент от износа.
2. Оптимизация геометрии инструмента. Правильный выбор геометрии режущей части инструмента влияет на такие показатели, как качество резьбы и ресурс инструмента. Острота углов, радиусы закруглений, форма и глубина канавок эффективно снижают нагрузку на режущие элементы и улучшают отвод стружки. Это способствует более равномерному распределению энергий во время резания, что в свою очередь минимизирует риск поломки инструмента.
3. Контроль режимов резания. Оптимальные параметры резания — скорость, подача и глубина резания — критически важны для продления срока службы инструмента. Чрезмерно высокие скорости износят режущие кромки, а низкие скорости не позволяют добиться требуемого качества поверхности. Использование сервосистем и программного управления позволяют точно задать параметры резания, обеспечивая стабильность процесса даже при изменяющихся условиях.
4. Использование смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ). Применение СОЖ значительно уменьшает трение и температуру в зоне резания, что продлевает срок службы инструмента. Важно выбирать правильно составленные жидкости с учетом материала заготовки и инструмента. В дополнение к традиционным маслам, существуют аэрозольные и газообразные СОЖ, которые также эффективно выполняют свою функцию, снижая износ и повышая качество резьбы.
5. Тепловая обработка инструмента. Закалка и отпуск резьбонарезного инструмента позволяют повысить его прочностные характеристики. Тепловая обработка изменяет кристаллическую структуру металла, что делает инструмент более устойчивым к термическим и механическим нагрузкам. Применение криогенной обработки также может значительно повысить твердость и износостойкость инструмента.
6. Регулярная калибровка и заточка инструмента. Своевременная заточка режущих кромок предотвращает преждевременный износ и поломку инструмента. Использование профессиональных станков для заточки и калибровки позволяет поддерживать оптимальные параметры режущей части. Регулярные калибровочные проверки помогают выявлять отклонения и вовремя их корректировать.
7. Автоматизация и мониторинг состояния. Современные системы автоматизации позволяют не только контролировать процесс резьбонарезания, но и анализировать состояние инструмента в реальном времени. Мониторинг вибраций, температуры и силы резания позволяет определить начало износа инструмента и оперативно принять меры для его замены или переточки.
Внедрение и комбинирование вышеописанных методов в производственный процесс позволяет существенно повысить работоспособность резьбонарезного инструмента, снизить затраты на производство и улучшить качество конечных изделий. Инновации в этой области продолжают развиваться, предоставляя новые возможности для
повышения эффективности и конкурентоспособности промышленного производства.
В целом, повышение работоспособности резьбонарезного инструмента при обработке полимерных композиционных материалов требует комплексного подхода, включающего правильный выбор режимов обработки, подходящего инструмента и применение современных технологий покрытий. Регулярное обслуживание и точная настройка инструмента также необходимы для достижения высоких результатов в обработке полимерных композиционных материалов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Евстегнеева О.Н. Повышение надежности работы метчиков при нарезании резьб в глухих отверстиях конструкционно-технологическими методами: дис. ... канд. техн. наук. - М. 2021. - 147 с.;
2. Елисеева, А. В. Оптимальная обработка изделий из композиционных материалов // Молодой ученый. — 2022. — № 52 (186). — С. 41-45;
3. Лебедев П.В. Моделирование процесса сверления стеклопластика в среде CosmosWorks // Обработка металлов. -2020. - № 4. - С. 19 - 23;
4. Любин Дж. Справочник по композиционным материалам. В 2 кн. - М.: Машиностроение, 2020. - 584 с.;
5. Степанов А.А. Обработка резанием высокопрочных композиционных полимерных материалов. - Л.: Машиностроение, 2022. - 176 с.;
6. Kashchenko, M.P. et al. (2016). Improvement of Cutting Tools Performance Using High-Energy Methods. Proc. of the International Conference on Advanced Materials and Technologies, 815-820;
7. Kim, Y.W. et al. (2014). Performance of Different Coated Taps in Tapping Aluminum-Based Composite Materials. Materials Science Forum, 783, 580-585;
8. Kurisher, A.V. (2018). Development of Effective Cooling Systems for Threading Tapping Dies. Materials Science and Engineering, 343, 012001;
9. Meijer, J. et al. (2012). Performance of Coated HSS and Carbide Taps when Tapping Al-SiCp Metal Matrix Composites. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 56, 85-93;
10. Monteiro, O.R. et al. (2017). Experimental Analysis of Thread Forming on Carbon Fiber Reinforced Polymer. Polymers and Polymer Composites, 25(6), 422429;
11. Paiva, J.M. et al. (2019). Influence of Tool Coating in the Machining of Polyamide-6 Reinforced with Carbon and Glass Fibers. Materials Research, 22(3), e20180551;
12. Rahimian, M. et al. (2015). Effects of Cryogenic Cooling on Tool Wear and Threading Tensile Strength in Machining Glass Fiber Reinforced Polymer Composite. Materials and Manufacturing Processes, 31(7), 902-908;
13. Rizzuti, S. et al. (2014). Thermo-Mechanical Behaviour of HSS and Carbide Taps when Tapping Al/SiC and Al/SiC/40p Composites. Procedia CIRP, 13, 234239;
14. Yang, F. et al. (2016). On the Mechanisms of Thread Friction in Carbon Fiber Reinforced Polyamide-6 Threaded Joints. Materials and Design, 95, 654-658;
15. Yang, F. et al. (2017). Damage Analysis and Fracture Mechanism of Carbon Fiber Reinforced Polymer Composite Threaded Joints. Journal of Composite Materials, 51(30), 4185-4199
Selyametov R.Yu.
Crimean Engineering and Pedagogical University (Simferopol, Russia)
IMPROVING EFFICIENCY OF THREADING TOOL IN PROCESSING OF POLYMER COMPOSITE MATERIALS
Abstract: this work is devoted to the study of methods for improving the performance of a threading tool in the processing of polymer composite materials. In the context of rapidly developing technologies and increasing product quality requirements, the issues of tool durability and performance are ofparamount importance.
Keywords: operability, threading tools, polymer materials, tool wear, durability, productivity, coatings, processing technologies.
