CC BY
22
The influence of the ratio of the rotation frequencies of the electrodes on the work-piece profile is considered. A theoretical model has been developed for calculating the change profile of a workpiece in the process of electrochemical machining with rotating electrodes using the boundary element method. Graphs of changes in the profile of the workpiece and changes in depth are plotted for various ratios of the rotational frequencies of the electrodes. Dependences are revealed and conclusions are drawn about the influence of the ratio of the rotational frequencies of the electrodes on the profile of the resulting workpiece.
Key words: electrochemical machining, electrode rotation, boundary element method.
Sidorov Vasilii Nikolaevich, postgraduate, vasili-sidorov.tula@,mail.ru, Russia, Tula State University,
Volgin Vladimir Mirovich, doctor of technical sciences, professor, vol-gin@,tsu.tula.ru, Russia, Tula State University
УДК 621.91.02
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-5-458-465
ПРОГРЕССИВНЫЕ КОНСТРУКЦИИ СМЕННЫХ МНОГОГРАННЫХ ПЛАСТИН С ДИСКРЕТНЫМ ИСПОЛНЕНИЕМ РЕЖУЩЕЙ КРОМКИ
С. Я. Хлудов, О.В. Чечуга, А.В. Хоменко, Е.В. Маркова
Рассмотрены требования к прогрессивным сменным многогранным пластинам с дискретным исполнением режущей кромки для оснащения токарных державок. Описаны конструкции режущих пластин с увеличенным ресурсом. Рассмотрена методика проектирования режущих пластин с многовершинным исполнением. Определены границы области максимальной допустимой глубины резания t при использовании многовершинной режущих пластины с разными значениями числа ступеней. Приведена конструкция пробной пластины.
Ключевые слова: режущая кромка, сменная многогранная пластина, глубина резания, ступень.
Режущей кромкой (РК) называют линию пересечением передней и задней поверхностей инструмента. Ее форма определяет параметры amax максимальную действительную толщину и b действительную ширину срезаемого слоя [1]. Совершенствование технологии изготовления твердосплавного инструмента снимает ряд ограничений при проектировании РК сменных многогранных пластин (СМП). Варьирование формой РК позволяет управлять процессом срезания припуска, обеспечивать увеличение виброустойчивости технологической операции, расширять универсальность и повышать ресурс СМП.
Создание прогрессивных конструкций многофункциональных СМП для оснащения инструмента с механическим креплением режущих пластин на основе обоснования рациональной формы РК является актуальной задачей. Рациональной формой РК считается такое ее исполнение, которое обеспечивает заданные требования к качеству обработанной поверхности, повышает производительность и снижает себестоимость лезвийной обработки, увеличивает стойкость инструмента.
Эффективность использования инструментов с механическим креплением определяется ресурсом режущей пластины. Ресурс сменных многогранных пластин (СМП) зависит от количества режущих вершин, принимающих участие в работе.
458
Двусторонние пластины обладают увеличенным в два раза ресурсом по сравнению с односторонними пластинами. СМП TNGA и WNGA в форме треугольника, имеющие с учетом двустороннего исполнения шесть режущих вершин, обладают меньшим ресурсом, чем СМП SNMG, имеющие форму квадрата. У СМП DNMG в форме ромба с углом при вершине 55° с двусторонним исполнением в работе участвует только четыре вершины.
Длина 1а активной части режущей кромки, являющаяся образующей поверхности резания, зависит от ее формы и условий работы СМП [1]. Для СМП, работающей в условиях чистового точения, длина 1а активной части режущей кромки составляет менее 5% от всей ее длинны I. Отношение длины 1а активной части режущей кромки ко всей ее длине I определяет коэффициент Ка использования режущей кромки:
К = 1а.
а I
Наибольшее значение коэффициента Ка имеют СМП ЯМИС круглой формы (рис. 1). При износе активной части режущей кромки А1С1 режущая пластина поворачивается вокруг точки О (центра самой пластины) на некоторый угол в, который определяется по следующей зависимости:
Р = arccos[l - — | + штащ —|, (1)
I к) V 2Я)
где К - радиус окружности круглой платины, мм; — - глубина резания, мм; ^ - подача, мм/об.
При повороте круглой пластины активная часть режущей кромки занимает положение дуги окружности иАС1, то есть неизношенного участка режущей кромки. Количество N допустимых поворотов режущей пластины рассчитывается по формуле:
N = —-1 . (2)
Р
Количество N допустимых поворотов режущей пластины определяет ее ресурс. Из зависимостей (1) и (2) видно, что количество допустимых поворотов определяется радиусом К режущей пластины и глубиной резания —. Влияние подачи при этом не значительно. Так при точении с глубиной резания —, равной 0,5 мм, СМП ЯММС с радиусом К, равным 8 мм, при увеличении подачи ^ от 0,15 мм/об до 0,3 мм/об количество допустимых значений поворотов N будет равно 10. Следовательно, если пластина двусторонняя, ее ресурс удваивается, то есть N становится равным 20.
Исполнение режущей кромки по дуге окружности большого радиуса ограничивает возможности использования сменных многогранных пластин, так как при точении имеет место возникновение вибраций, которые влияют на качество обработки и стойкость инструмента.
Этих недостатков лишена конструкция СМП с многовершинным исполнением, отличающаяся от круглой пластины тем, что режущая кромка выполнена по лекальной кривой, которая разделяет ее на п вершин радиусом Яг (рис. 2) [2].
Рис. 3. Многовершинные режущие пластины с числом вершин п: а — 6; б —12
Наиболее удаленные точки режущей кромки многовершинной СМП располагаются на окружности с радиусом Я, равным радиусу режущей пластины круглой формы стандартного исполнения. Активная часть режущей кромки формируется по дуге окружности с радиусом Яг, значительно меньшим, чем у круглой пластины. Режущая кромка, расположенная между двух вершин, выполняет функцию соединения отдельных вершин и в срезании припуска не участвует [3 - 4].
Если режущая кромка на вершине исполняется как у СМП SNMG, она формируется в форме дуги иЛ1Б1 окружности радиусом Я1 с центром в точке О1 и отрезка прямой Б1С1 (рис. 4). На первой ступени режущая кромка в форме отрезка прямой линии Б1С1 располагается под углом п к оси X. В рабочем положении, когда точка О1 находится на оси У, параметр п равен главному углу в плане р в точке Б1 и рассчитывается из условия:
п Л .
1 2
При развороте точки О1 относительно оси У на угол а против часовой стрелки значение параметр п1 определяется по формуле (рис.4)
п = — + а, 1 2
где а принимается из условия
а < — .
2
В начальном положении значение угла щ определяется по зависимости:
,1 =|-—.
а при повороте на угол а
,1 =3- — -а.
Первоначальное положение ступени выбирается для проектирования режущей кромки, а положение ступени при повороте на угол а в дальнейшем рассматривается в качестве рабочего положения ступени (рис. 5).
Дуга ЦСЕ1 окружности радиусом Гп1 вместе с прямым участком Е1Л2 выполняет функцию переходной части режущей кромки и соединяет первую и вторую ступени. Участок переходной части режущей кромки в форме прямой Е1Л2 выполняется под уг-
лом /1 к оси X. Точка А2 принадлежит переходному участку первой ступени и режущей кромке второй ступени. Угол /11 в процессе работы второй ступени определяет значение вспомогательного угла в плане <1 в точке А2, который определяется из условия:
< = / + Р + с.
Рис. 4. Расчетная схема координат точек режущей кромки многовершинной СМП
Рис. 5. Схема для определения значения максимальной допустимой глубины резания t при точении многовершинной пластиной
Координаты точки Oni, центра окружности дуги UC1E1 радиусом rni, определяются по формулам:
Xoni = -R sin ti - ki - £2 cos ti + £3; Yonl = R1 cos / + R2 (cos ¡ - cos /) - £4 + £3, где параметры ki, k2, £3, k4 и ks, соответственно, из выражений
R(l- cos/)- R (cost -l)+R2 (cos¡ - cos/);
£ =■
£ =
tgTi
R cos 3 + R1 sin t - R2 (sin ¡1 - cos /) + Q1 sin(;r - ¡1 - t1 )
(3)
(4)
где Qi из условия
Q1 = ctg[7? - R1 (cos t -1)- R cos / + R2 (cos ¡1 - cos /)];
£3 =■
R1srnT1^
и1 2
cos
T1 +¡1 2 461
(5)
К =
к =
[Яcosß-R(sin^ -cosß)+k5 + R sin^sin^ sinrj; sin^r-^ -zl) R(l - cos ß)- R1 (cosr1 -1)+ R2 (cos ju1 - cos ß)
(6)
tg?1
В процессе точения первой ступенью при работе резцом справа налево, активная часть режущей кромки располагается в границах от точки Ai до точки Ci, а ее переходной участок в срезании припуска участие не принимает.
В процессе работы первой ступени для случая, когда выполняется условие:
УОп1 < R cos( + )) + R2 [l_ cos(^ + ))] + rni cos r, (7)
максимальная допустимая глубина резания t определяется положением точки Ci и равна tmaxl:
/ ч (r 1 - R1 )sinr1 - k. - k2cos^ + k3 / ч t max1 = R cos a + R1 (1 - cos a) -^-11-Ц—1-2-1-L cos(5C1 + a)
sm5„
(8)
где параметры ki, k2, и кз, соответственно, определяются из выражений (3 - 5), а угол
5ci рассчитывается по формуле:
(r 1 - Я1 )sin т.- k1 - k2 cos т. + k3 гг.л
tg5C1 =-Vn1 -1-^^-1-3-, (9)
R cos ß + R2 (cos - cos ß)+k3 - k4 - rnl cos r1
где параметр k4 определяется из выражения (6).
Если условие (7) не выполняется, максимальная глубина резания t определяется положением точки D2, а ее значение равно значению tmax2, которое рассчитывается по формуле:
tmax2 = R[cos a - cos(ß + a)]+R1 (1 - cos a) + R2 [1 - cos(ß + a)]. Изменение числа ступеней n приводит к изменению положения как точки Ci, так и точки D2 (рис. 6).
t, мм
\ \
rv \ V \
ч
КЛ\ . 2'
■JI
Хз
6 9 12 15 18 п
Рис. 6. Границы области максимальной допустимой глубины резания * при использовании многовершинной режущих пластины с разными значениями числа ступеней п с Я1=Я2=0,4мм, гп1=0,1мм, 81=62=90°, при Я: I - 6мм; II - 9,5мм
Граница максимальных допустимых значений глубины резания I для Я=6мм лежит в пределах области I, очерченной кривой линией, проходящей через точки 1-2-3. На участке 1-2 граница рассчитывается по условию (8) и определяется положением точки С1, а на участке 2-3 граница рассчитывается выражением (9) и определяется положением точки П2. Точка 2 на рис. 6. соответствует равенству выражений (8) и (9).
Работоспособность многовершинных режущих пластин исследовалась на примере экспериментальной режущей пластины (рис. 7) [5].
462
Рис. 7. Экспериментальная режущая пластина с многовершинным исполнением с разными радиусами при вершинах
Пластина имела двенадцать вершин, а ее ресурс был равен ресурсу СМП ЯММС 150600. Режущая кромка на вершинах выполнялась как у СМП SNMG 190604, 190608, 190612 и 190616. Уменьшение радиуса при вершине от 10 до 30 раз по сравнению с круглой пластиной обеспечил повышение виброустойчивости в процессе точения. Возможность формирования у многовершинной СМП на передней поверхности стружкозавивающих выступов и уступов, используемых на режущих пластинах, рекомендованных для получистовой и чистовой обработки, и обеспечивающих разрушение витка стружки, расширяет универсальность ее применения, что отличает эту конструкцию от круглых пластин.
Если использовать многовершинную режущую пластину, у которой на каждой вершине формируется уникальная топография передней поверхности, то она выполняет функцию пробной режущей пластины. В процессе точения разными вершинами СМП определяется та форма передней поверхности, которая обеспечивает получение стружки требуемой формы и размеров, устраивающей конкретное производство. Предприятие заказывает в этом случае СМП стандартного исполнения с установленной формой передней поверхности.
Выбор величины радиуса при вершине СМП стандартного исполнения осуществляется с учетом величины шероховатости обработанной поверхности и подачи 5. В конструкции пробной многовершинной режущей пластины для этого случая предлагается использовать разные радиусы при вершинах, которые разделены на сектора. В одном секторе пластины, будут находиться вершины с разными радиусами, но при этом одной формы передней поверхности.
Использование пробных многовершинных режущих пластин гарантирует снижение затрат за счет исключения случайного выбора рациональной формы передней поверхности и радиуса при вершине СМП стандартного исполнения.
Список литературы
1. Хлудов С.Я., Борискина М.О., Хоменко А.В. Влияние режимов резания на размеры, форму и положение активной части режущей кромки СМП // Известия Тул-ГУ. Технические науки. 2016. Вып. 8. С. 322-328.
2. Борискина М.О., Хлудов А. С. Универсальная конструкция СМП с дискретной режущей кромкой с многовершинным исполнением // Молодежный вестник политехнического института. 2014. С 16-18.
3. Хлудов С.Я., Борискина М.О., Хлудов А.С. Особенности проектирования многовершинной режущей пластины // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2017. Вып. 8. С. 32-39.
4. Хлудов С.Я., Борискина М.О., Хлудов А.С. Дискретное представление профиля режущей кромки многоступенчатой режущей пластины // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. Вып. 7. С. 33-39.
5. Хлудов С.Я., Борискина М.О., Хлудов А.С., Чечуга А.О. Исследования работоспособности многоступенчатых режущих пластин с дискретным исполнением режущей кромки // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. Вып. 7. С.77-86.
Хлудов Сергей Яковлевич, д-р техн. наук, профессор, hs tHlapoliteh@ mail.rH, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Чечуга Ольга Владимировна, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Хоменко Ангелина Владиславовна, аспирантка, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Маркова Екатерина Витальевна, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
PROGRESSIVE INTERCHANGEABLE DESIGNS OFMULTIFACEED INSERTS WITH DISCRETE CUTTING EDGE PERFORMANCE
S.Y. KhlHdov, O.V.ChechHga, A.V. Khomenko, E.V. Markova
The reqHirements for progressive replaceable mHltifaceted inserts with a discrete cHtting edge for eqHipping tHrning holders are considered. The designs of cHtting inserts with increased resoHrce are described. The method of designing cHtting inserts with mHlti-vertex design is considered. The boHndaries of the region of the maximHm allowable depth of cHt t are determined when Hsing a mHlti-point cHtting insert with different valHes of the nHmber of steps. The design of the test plate is given.
Key words: cHtting edge, replaceable polyhedral insert, cHtting depth, step.
KhlHdov Sergey Yakovlevich,doctor of technical sciences, professor, hs tHla politeh'a mail.rH, RHssia, THla, THla State University,
ChechHga Olga Vladimirovna, candidate of technical sciences, docent, soHr-ie i'a mail.rH, RHssia, THla, THla State University,
Khomenko Angelina Vladislavovna, postgradHate, [email protected],RHssia, THla, THla State University,
Markova Ekaterina Vitalievna, candidate of technical sciences, docent, [email protected], RHssia, THla, THla State University
