CC BY
86
УДК 621.99
Д.Ю. Солянкин, асп., (4872) 33-23-10, [email protected],
A.C. Ямников, д-р техн. наук, проф. (4872) 33-23-10, yamnikovas @mail.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
СТОЙКОСТНЫЕ ИСПЫТАНИЯ ИНСТРУМЕНТА ПРИ ФРЕЗОТОЧЕНИИ
Описаны результаты стойкостных исследовании процесса фрезоточения. Установлено, что стойкость инструмента в 2-3 раза выше, чем при многопроходном резъботочении. Показано, что ресурс работы винтовой многозубой фрезы превышает ресурс единичныхрезцов до 260раз.
Ключевые слова: стойкость, фрезоточение, ресурсработы, износ.
При фрезоточении все единичные резьбовые резцы, из которых состоит каждая гребенка зуба фрезы, за один оборот срезают слой одинаковой толщины, работают практически в равных условиях и обладают равной стойкостью. Следовательно, стойкостные испытания можно провести для одного единичного резьбового резца, который в первом случае будет работать по схеме фрезоточения, а во втором случае - по схеме многопроходного точения резьбы.
Для ускорения и удешевления испытаний применялся метод моделирования путем имитации процесса фрезоточения на токарном станке единичным резьбовым резцом.
Для обоснования принятой методики моделирования рассмотрим кинематику резания в процессе фрезоточения. На рис. 1 изображена схема фрезоточения наружной резьбы. Анализ кинематики резания показал, что траекторией относительного движения вершины единичного зуба фрезы является окружность радиусом Rjp, причем Rjp = Rф + ЯД. За каждый
оборот детали (и фрезы) единичный зуб срезает слой металла определенной длины и толщины.
На рис. 2 изображена схема моделирования процесса фрезоточения на токарном станке. Деталь 1 с центром в точке 0\ закрепляют на планшайбе 2 неподвижно, а планшайбу с деталью вращают вокруг центра О. Единичный резьбовой резец 3 закрепляют в суппорте токарного станка и сообщают ему подачу.
Таким образом, на токарном станке создаются те же условия, та же кинематика резания, что и в процессе фрезоточения (тот же радиус траектории относительного движения; такой же прерывистый процесс резания с тем же циклом; та же длина пути резания единичного резца, тот же угол контакта Y). Режимы и условия резания (скорость, подача, глубина резания, охлаждение) назначают такие же, как и при фрезоточении.
Од Траектория зуба
7/Ус1
Рис. 1. Схема фрезоточения наружнойрезьбы
При фрезоточении каждый зуб фрезы представляет собой резьбо -вую гребенку. В процессе обработки одной детали каждый единичный резьбовой резец гребенки обрабатывает одну впадину резьбы на соответствующем секторе резьбовой поверхности. Следовательно, обработка одной впадины резьбы на соответствующем секторе образца при моделировании будет соответствовать (по пути резания и по износу единичного резьбового резца) фрезоточению одной детали. Таким образом, для сокращения количества образцов и времени испытаний целесообразно на каждом образце нарезать как можно больше резьбовых впадин. Это может быть достигнуто путем многопроходного точения резьбы с продольной подачей. При этом за каждый проход глубина резания должна быть равна подаче на оборот при фрезоточении Бро. После многопроходной обработки одного сектора резьбовой поверхности образец поворачивают вокруг его оси на угол, равный угловому шагу зубьев фрезы, и обрабатывают следующий сектор и т.д. Таким образом, обработка одного образца будет соответствовать (по износу единичного резьбового резца) фрезоточению N деталей:
где I - длина резьбы; Р - шаг резьбы; г - количество обработанных секторов, равное числу зубьев фрезы.
(1)
Рис. 2. Схема моделирования процесса фрезоточения
наружной резьбы
В процессе экспериментальных исследований проводилась обработка наружной и внутренней резьбы М42x1 по двум схемам:
- многопроходного точения;
- фрезоточения.
Условия испытаний: при обработке наружной резьбы - образцы из стали 45, НВ 187...200; Бд =42 мм; длина I =90 мм; инструмент - резьбовые
резцы из быстрорежущей стали марки Р6М5; ИИС 61...63; передний угол у =0; задний угол а =120; при обработке внутренней резьбы - образцы -втулки из стали, НВ 187...200, наружный диаметр Бд =52 мм, внутренний
диаметр 40 мм, длина I =50 мм, инструмент - резьбовые резцы из быстрорежущей стали Р6М5; ИИС 61...63, у =0, а =00, оборудование - токарновинторезный станокмод. 1К620.
В качестве условной детали для сравнительных расчетов принята деталь с резьбой М42х1, длина резьбы I=10 м, Бд =42 мм, Л*д =21 мм, высота профиля резьбы Н =0,65 мм, шаг резьбы Р =1 мм.
В процессе испытаний моделировалась обработка наружной и внутренней резьбы фрезой диаметром Бд =32 мм (Л*ф =16 м), с числом
зубьев ^ =8. Расчеты, проведенные по формуле (1), показали, что обработка одного образца при моделировании процесса фрезоточения наружной резьбы соответствует фрезоточению 720 условных деталей, внутренней резьбы - 400 условных деталей. Скорость резания V =40 м/мин, $ро =0,1 мм/об. Обработка - без охлаждения. Обработку образцов по схеме
многопроходного точения и по схеме фрезоточения вели на одних и тех же режимах.
Размерный износ резцов определяли специальным индикаторным прибором в направлении по нормали к обрабатываемой поверхности с точностью 0,002 мм. В качестве критерия затупления инструмента был выбран такой предельный износ резца, при котором высота профиля резьбы выходит за пределы допуска.
В процессе моделирования схемы фрезоточения наружной резьбы испытывалась выборка резцов в количестве 5 шт. Затем резцы перетачивали и этими же резцами проводили испытания по схеме многопроходного точения.
В процессе моделирования схемы фрезоточения внутренней резьбы испытывалась выборка резцов в количестве 3 шт. Затем резцы перетачивались и этими же резцами проводились испытания по схеме многопроходного точения внутренней резьбы. Замер износа резцов проводился после каждого прохода.
Обработку результатов испытаний проводили по известной методике [1]. Для каждой точки экспериментальных кривых находили среднее значение параметра, среднеквадратичное отклонение и коэффициент вариации.
На рис. 3 представлены зависимости величины износа резцов от суммарной длины пути резания и времени обработки.
Анализируя графики, представленные на рис. 3, можно сделать следующие выводы.
1. Стойкость инструмента при обработке по схеме фрезоточения в 2,2 раза выше - (для внутренней резьбы) ив 3,3 раза - (для наружной резьбы), чем при обработке по схеме многопроходного точения; удельный относительный износ на единицу длины пути резания соответственно в 2,2 и в 3,3 раза ниже. Это можно объяснить тем, что при фрезоточении каждый единичный резьбовой резец фрезы находится в контакте с деталью лишь малую часть оборота, остальное время он «отдыхает» и охлаждается.
Ц мм________________________1____________________2____________________3____________________£____________________5____________________6____________________7_____________Т, мин
/4
"^7
<7
О 80 160 2W L, м
Рис. 3. Кривые износа: 1 - точение наружной резьбы;
2 - фрезоточение наружнойрезьбы; 3 - точение внутренней резьбы; 4 - фрезоточение внутреннейрезьбы
2. За период стойкости, соответствующий предельному износу, было обработано по схеме фрезоточения в 260 (для наружной резьбы) ив 180 (для внутренней) раз больше условных деталей, чем по схеме многопроходного точения. Это объясняется тем, что при фрезоточении одной и той же условной детали длина пути резания, приходящегося на единичный резьбовой резец, при обработке наружной резьбы в 80 раз меньше, а удельный износ на единицу длины пути резания в 3,3 раза выше. Если учесть зависимость (1), то можно рассчитать, что ресурс работы инструмента при фрезоточении наружной резьбы увеличивается в 80x3,3=260 раз.
Список литературы
1. Башков В.М., Кацев П.Г. Испытание режущего инструмента на стойкость. М.: Машиностроение, 1985. 130 с.
D. Solyankin, A. Yamnikov
Tool’s resistance test with mill turning
The results of resistance research on mill turning process are described. The tool resistance is 2-3 times higher than the multiple-pass thread turning is established. The life of helical multiple-tooth mill exceeds the resource of individual cutters up to 260 times is shown.
Key words: resistance, mill turning, service life, wear.
Получено 02.11.10
