CC BY
36
УДК 621.9
РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО
ИССЛЕДОВАНИЯ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ СТРУЖКИ НА РАСТОЧНЫХ ОПЕРАЦИЯХ
В. С. Михайлов, С.В. Михайлов
Предложена методика экспериментального исследования процесса формообразования стружки при растачивании отверстий, включающая подготовку трубной заготовки с вырезанным окном, видеосъемку процесса резания, фиксацию стружкооб-разования в момент открытия перспективы внутренней обработки.
Ключевые слова: резание материалов, обработка отверстий, формообразование стружки, методика исследования.
Цилиндрические отверстия относятся к числу наиболее ответственных и распространенных элементов конструкций деталей машин [1]. Технологическое обеспечение точности, качества и производительности обработки отверстий связано с решением ряда сложных технических проблем. На значимость и актуальность решаемых задач при организации производства деталей с отверстиями указывает факт создания международной организации «Boring and Trepanning Associations» (BTA) промышленных исследований в области разработки и освоения производства специального оборудования, оснастки и технологии для обработки различного рода отверстий [2]. В эту представительную организацию входят более десяти развитых стран мира, в том числе США, Германия, Великобритания и др.
Острой проблемой механической обработки отверстий резанием является проблема удаления стружки из зоны резания, ограниченной инструментом и размером обрабатываемой поверхности детали. Стесненные условия формирования стружки препятствуют ее удалению из зоны обработки. Нарушение бесперебойного отвода стружки может приводить к аварийным ситуациям, вплоть до пакетирования стружки и поломки инструмента [3].
В настоящее время обработка сложнопрофильных внутренних поверхностей в основном осуществляется на токарных станках с ЧПУ с применением резцов, оснащенных сменными многогранными пластинами (СМП). Операция растачивания отверстий резцом с СМП обеспечивает требуемое качество обработки, высокую производительность и технологическую гибкость [4]. Удаление стружки на операции растачивания отверстий решается путем подачи в зону резания СОЖ под давлением, подбором режимов резания и геометрии режущей части инструмента. Геометрия передней поверхности инструмента должна обеспечить надежное струж-кодробления, а подвод в зону обработки СОЖ под давлением -«вымывание» стружки из зоны обработки. Следует отметить, что подбор
176
рациональных условий стружкообразования ведется, как правило, эмпирическим путем на основе анализа результатов длительных, трудоемких экспериментов [5,6].
Сдерживающим фактором создания эффективных средств эвакуации стружки на операциях с ограниченным стружечным пространством является отсутствие возможности прямого наблюдения зоны резания. Так как зона обработки закрыта наружной поверхностью детали, приходится действовать «вслепую», определяя степень влияния многочисленных технологических параметров на образование и отвод стружки по косвенным недостаточно информативным признакам. Повысить точность и надежность эксперимента можно путем непосредственного наблюдения и видеорегистрации процессов стружкообразования внутри закрытого отверстия.
Для визуализации поведения стружки в процессе растачивания отверстия разработана и реализована методика исследования, включающая этапы подготовки обрабатываемой заготовки путем вырезания в ней смотрового отверстия, видеосъемку процесса резания, синхронизацию частоты вращения заготовки с частотой съемки камеры. Заготовка представляет собой трубу с открытым или глухим отверстием, в стенке которой выфрезе-ровано смотровое окно. Форма и размеры окна могут быть различными в зависимости от задач исследования. Один из наиболее простых вариантов конструкций заготовки показан на рис. 1.
060 030
Рис. 1. Эскиз подготовленной заготовки (изометрия)
Важным этапом подготовки эксперимента является синхронизация вращения заготовки с частотой съемки видеокамеры. Частота кадров при видеосъемке процесса резания синхронизируется с частотой вращения станка таким образом, чтобы моментам фиксации кадров открывалась перспектива внутренней обрабатываемой поверхности заготовки. Схема экспериментальной установки с автоматизированным процессом синхронизации показана на рис. 2.
Апробация методики осуществлялась на токарном станке Szim EEN320 при резании заготовки с внутренним диаметром 30 мм из сплава АМг3 расточным резцом с СМП CCGT 09T301-AS. Режимы резания: глубина t =1, 2, 3 мм, подача s = 0,2 мм/об, частота вращения шпинделя п = = 600 мин-1.
2. - 3.
Рис. 2. Схема экспериментальной установки: 1 - заготовка; 2 - трехкулачковый патрон; 3,4 - неподвижное кольцо с датчиком Холла; 5- резец; 6 - видеокамера; 7 - блок управления синхронизацией;
8 - лампа подсветки зоны резания
Стоп-кадры отснятого видеоматериала при частоте съемки 20 кадров/мин представлены на рис. 3.
Рис. 3. Стоп-кадры из отснятого видеоматериала
Результаты экспериментов подтверждают возможность и высокую эффективность применения предложенной методики для изучения и оптимизации процесса формообразования стружки при резании в условиях ограниченного стружечного пространства.
На полученных фото- и видеоматериалах отчетливо видна форма, размеры и направление движения спирали стружки. Наблюдаются особенности поведения стружки при входе инструмента в отверстие и вблизи его глухой стенки. Разработанная методика позволяет оценить влияние раз-
178
личных технологических факторов на стружкообразование при обработке отверстий, в том числе форм передних поверхностей СМП и режимов резания.
Список литературы
1. Методы обработки резанием круглых отверстий: справочник / Б.Н. Бирюков, В.М. Болдин, В.Е. Трейгер [и др.]; под общ. ред. Б.Н. Бирюкова. М.: Машиностроение, 1989. 200с.
2. Отений Я. Н., Смольников Н. Я., Ольштынский Н. В. Прогрессивные методы обработки глубоких отверстий: монография / ВолгГТУ. Волгоград, 2003. 136 с.
3. Михайлов С. В. Улучшение отвода стружки из зоны резания с ограниченным стружечным пространством: справочник // Инженерный журнал. 2006. № 9. С. 78 - 85.
4. Маталин А. А., Линчевский П. А., Ломакин К.В. Тонкое и алмазное растачивание. Киев: Техника, 1973. 80 с.
5. Уткин Н.Ф. Обработка глубоких отверстий/ Н.Ф. Уткин, Ю.И. Кижняев, С.К. Плужников [и др.] ; под общ. ред. Н. Ф. Уткина. Л.: Машиностроение, 1988. 269 с.
6. Михайлов В. С. Разработка сложнопрофильных режущих пластин для операций с ограниченным стружечным // Труды VII научно-технической конференции молодых ученых и специалистов ФГУП «НПЦАП». 2016. С.87-96.
Михайлов Виталий Сергеевич, аспирант, mihailovvitaly90@gmail. com, Россия, Москва, НПЦАвтоматики и приборостроения им. акад. Н.А. Пилюгина,
Михайлов Станислав Васильевич, д-р техн. наук, проф., michsv@yandex.ru, Россия, Кострома, Костромской государственный университет
DEVELOPMENT OF EXPERIMENTAL RESEARCH METHODS OF CHIP FORMATION
ON BORING OPERATIONS
V.S. Mihailov, S. V. Mihailov
The technique of experimental investigation of the chip formation process in the boring operation of a blind hole is proposed. The presented method consists in using video shooting of the cutting zone at the moment of opening the perspective of internal processing provided with a special form of the workpiece.
Key words: chip formation, hole, boring, chisel, experiment, limited chip space.
Mihailov Vitaly Sergeevich, postgraduate, mihailovvitaly90@,gmail. com, Russia, Moscow, Academician Pilyugin Center,
Mikhailov Stanislav Vasilievich, doctor of technical sciences, professor, michsv@yandex. ru, Russia, Kostroma, Kostroma State University
