ТЕХНОЛОГИЯ ПАЙКИ БУРОВЫХ РЕЗЦОВ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ТЕХНОЛОГИЯ

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

<5*

чивая ее до тех пор, пока вершина инструмента не упрется в боковую поверхность паза (положение Э), рис.1.

Fnc. 1. Схема контакта режущей пластины развертки с боковой поверхностью паза 2-3

Из рис. 1 следует, что угол поворота пластины до касания с боковой поверхностью паза р = я/2-8-а Из треугольника бов".

0В\__М; (1)

^я2+хг-(ов')2 '

где 05 = /?- /; при условии sr = х: or= J(R-t)2 -х\ из < sor следует:

У

tga=tgZSOR=-

(2)

JUTÏ)2 -х>

Так как р=(я/2-б-а) по формуле тангенса разности углов

,_ tg(itv-b)-tga _ R OB'-XylR° + X>-{OB'y

teß- — откуда следует:

ß=arctg

R • OB'-X yjR' + Xa - (OBJ

(3)

где Р, мм - радиус отверс-ия, I, мм глубина резания; X, мм - смещение вершины инструмента поворотом пластины на угол р касанием с боковой поверхностью паза.

Определяя по формуле 3 угол поворота режущей пластины однолезвийной развер-ки можно, с учетом конструктивных особенностей обрабатываемой поверхности отверстия, находить такое особое положение вершины инструмента, при котором вероятность удара практически исчезает.

Испытания показали высокую эффективность принятого решения. Сравнение технологических возможностей различных конструкций однолезвийных разверток с конструкцией регулируемой однолезвийной развертки подтверждает, что авторский вариант конструкции инструмента позволяет создавать в момент встречи режущего лезвия с прерывистой поверхностью отверстия плоскостной контакт существенно уменьшающий период приработки и повышающий стойкость инструментального материала на 20...25 процентов. В сравнении с конструкцией и технологией применения инструментов из твердых сплавов увеличивается производительность процесса развертывания до пяти раз, стабильно обеспечивается точность обработки не грубее седьмого квалитета при шероховатости поверхности обработанного отверстия Rа < 0,63 мкм, экономится машинное время и инструментальные материалы.

Литература

1. Кудряшов Е.А., Горбов А.И. Технология лезвийной обработки деталей повышенной конструктивной сложности // Фундаментальные и прикладные проблемы технологии машиностроения. Технология - 2003. Материалы Международной научно-техничес-кой конференции, Орел, 25-27 сентября, 2003. - ОрГТУ, Орел, 2003.-С. 209-213.

2. Кудряшов Е.А. Обработка деталей инструментом из композитов в осложненных технологических условиях - Чита: ЧитГУ, 2002. Том 1.-257 с.

3. Кудряшов Е.А. Обработка деталей инструментом из композитов в осложненных технологических условиях - Чита: ЧитГУ, 2002. Том 2. - 290 с.

4. Кудряшов Е.А. Влияние ударной нагрузки на качество обработки деталей резцами из гексанита - Р И Станки и инструмент. - 1984. - №4.-С. 25-26.

5. Кудряшов Е.А., Смирнов И.М. Кинематика нарезания резьб вращающими резцами // Инструмент Сибири. - Новосибирск. -2000. - №5.-С. 10-11.

6. Кудряшов Е.А., Калинин А.Г. О перспективных направлениях применения композиционных материалов// В сб. DEMI - 2001 : Материалы Международной научной конференции, Banja Luka, апрель 2001г. - Югославия : Кральево. техн. ун-т, 2001. - С. 59-62.

7. Кудряшов Е.А., Карпов С.Е. Технологические особенности лезвийной обработки комбинированных поверхностей деталей композитами // Обработка металлов. - Новосибирск. - 2002. - №1 (14). - С. 26-28.

Технология пайки буровых резцов

Б. И. КОГАН, профессор, доктор техн. наук, КузГТУ, г. Кемерово

Основным изготовителем буровых резцов, породных и угольных, является ОАО «Кузнецкгормаш». Их выпуск достигал 1,5 млн. штук в год. Область применения указана в работе [1]. Заготовкам/1 корпусов резцов являются отллвки из стали 55 л и 60 (РУ6) и штамповки из стали 60 и 30 ХГСА. Корпуса резцов армируются твердосплавными пластинками пайкой, технология кбторой в основном определяет надежность резцов.

На основании известных исследований можно предположить об эффективности замены традиционной технологии пайки диффузионной сваркой в вакууме [2]. Однако конструкция буровых резцов для этого процесса недостаточно технологична. Практический интерес пред-

ставляет перспективная технология пайки буровых резцов на установках роторного типа с применением таблетиро-ванного припоя, взамен ручной пайки, на установках ТВЧ типа ВЧГ1-60/0,06644 по ТУ 16.529.839-73 с использованием припоя на основе меди Пр МНМц 68-4-2 по ТУ48.21.674-80, а в качестве флюса - буры технической по ГОСТ 8429-77. Корпуса резцов армируются твердосплавными пластинками ВК8 ГОСТ 3882-74. Прочность паяного шва на сдвиг ста_ической нагрузкой долхна быть >130-150 МПа, а гарантированная наработка на 1 резец - не менее 88-95 п. м. шпура. По технологическим условиям допускается суммарный непропай по периметру паяного шва не более 10%.

№4(25)2004 27

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

ТЕХНОЛОГИЯ

Этапы технологического процесса таблетированной пайки бурового инструмента

Подготовка пазов корпусов резцов.

По геометрическим параметрам и шероховатости поверхности пазы изготавливаются в соответствии с чертежом с соблюдением требуемого зазора между стенками паза и твердосплавной вставкой. Практикой установлено, что с повышением чистоты обработки растекаемость припоев по поверхности снижается, так как более шероховатая поверхность имеет своеобразные капилляры, повышающие растекаемость припоя.

В пазах недопустимы следы масла, эмульсии, ржавчины или других загрязнений. Очистка от окалины или ржавчины производится механическим способом, а от масла или эмульсии - промывкой в 5-10%-ном растворе каустической соды втечение 10-20 мин при температуре 80-90°С, затем в горячей воде с последующей просушкой в потоке горячего воздуха.

Подготовка твердосплавных вставок.

Пластины и штыри отсортировываются го основным параметрам согласно ГОСТ 380-75. Вставки для пайки используются чистыми и сухими.

При использовании таблетированного припоя с активными флюсами (например, Ф100 или его смеси с бурой и другими флюсами) снятия пленки окислов с поверхности твердосплавных вставок не требуется. В случае применения в качестве флюсовой добавки в таблетках буры твердосплавные вставки обрабатывается по следующему циклу:

- нагрев в печи до 300°С на воздухе;

- выдержка 10-15 мин при этой температуре;

- охлаждение на воздухе;

- очистка от окислов в галтовочном барабане в течение 1 -2 часов в смеси речного песка (25%), древесных опилок (15%), воды (20%) остальной объем - твердосплавные вставки;

- промывка в горячей воде и сушка в потоке горячего воздуха

Подготовка таблеток припоя к пайке [6].

Для пайки твердосплавного бурового инструмента применяются таблетки, содержащие припой и флюс, поэтому не требуется дополнительного применения ни припоя, ни флюса отдельно. Хранятся таблетки в сухом помещении в условиях, исключающих их загрязнение, запыление и увлажнение, механическое повреждение.

В случае некоторого увлажнения таблеток (в помещении с повышенной влажностью) таблетки перед пайкой просушиваю!си при 200ПС в 1ечение 1,5-2 часов в камерной печи или сушильном шкафу.

Технологический цикл пайки.

Технологический процесс пайки угольных резцов включает сборку под пайку - укладку таблеток и вставок в паз, фиксацию правильного положения вставки и таблетки в пазах, ввод собранного изделия в зону нагрева, непосредственно пайку, выдержку для полного выравнивания температур корпуса и поджим припаиваемой вставки в момент полного распая таблетки, вывод изделия из зоны нагрева, выдержку на воздухе для полней кристаллизации припоя, перемещение (или сброс) изделия в емкость для охлаждения. Режимы пайки резцов при нагреве ТВЧ на установках типа ВЧГ1 - 60/0,06644:

- скорость нагреве:

первоначальная до 600-700°С 100-200°С/с

до температуры пайки 1000-1050°С 45-55°С/с

- скорость охлаждения 10-20°С/с

- температура пайки 1000-1050°С

- время выдержки при пайке 15-20с

В зависимости от варианта технологического осуществления выбирается тот или иной цикл пайки с соблюдением основных параметров. Один из вариантов пайки резцов таблетированным припоем - пайка на роторном столе с тремя основными позициями: загрузка и фиксация, нагрев и фиксация, сброс (см. рис. 2) [3, 4].

Длительность пребывания эезца на каждой позиции ограничивается основным технологическим временем -выдержкой при нагреве во время непосредственной пайки (20 с). Загрузочные операции и сброс укладываются по времени в эту расчетную длительность. Общий цикл и последовательность операции могут быть в этом случае такими:

- укладывают в гнездо резей (2-3 с);

- затем в паз укладывают таблетку, а сверху - твердосплавную вставку (5 10 с);

- фиксируют детали собранного узла специальным ограничителем - фиксатором (1-3 с);

- подают деталь в зону нагрева (в индуктор) со скоростью межпозиционного вращения роторного стола;

- производят первичный подогрев паяемого узла (1-2 с);

- производят нагрев детали до температуры пайки (14-18 с);

- осуществляют прижим твеэдосплавной вставки к основанию паза (1-3 с);

- выводят резец из индуктора со скоростью межпозиционного вращения роторного стола;

- выдерживают резец на воздухе в течение нескольких секунд до полной кристаллизации припоя;

- производит сброс резца в лоток (2-3 с).

После этого резец направляется на закалку и последующую механическую обработку (очистку, заточку).

ОАО «ВНИПТИМ» (г. Кемерово) разработана, изготовлена и внедрена в ОАО «Кузнецкгормаш» механизированная установка для пайки буровых коронок, состоящая из загрузочного роторного стола 1 со штырями 2 под коронки, щелевого индуктора 3 с высокочастотным блоком 4, дозаторов 5,6, фиксатора 7, автосъемника 3, конвейера 9, взн-ны 10 для изотермической закалки, шагового привода 11 и шкафа управления 12 (рис. 1) [3, 4].

Установка для лайки буровых коронок дозированным припоем

Такая установка может быть приспособлена для пайки буровых резцов таблетированным припоем.

28 №4(25)2004

ТЕХНОЛОГИЯ

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Равномерный и качественный прогрев корпуса и вставок обеспечивается правильно выбранной скоростью вращения роторного стола и длительностью нахождения деталей в индукторе. Наилучший вариант технического решения в этом случае - обеспечение вращения самой детали в зоне действия индуктора в процессе прогрева корпуса и твердосплавной вставки.

Кроме юю, равномерный прогрев возможен при правильном выборе зазоров между индуктором и деталью, а также при использовании низкочастотных установок. Время нагрева при пайке выбирается примерно в пределах расчетного:

где (? - температура плавления припоя, °С;

И' - допускаемая скорость нагрева, °С/с.

Во избежание выгорания компонентов припоя, приводящего к пористости и хрупкости паяного соединения, зре-мя выдержки припоя в расплавленном состоянии не должно быть большим и может составлять примерно 5-15 с.

Усилие поджатия твердосплавной вставки устанавливается из расчета 1-2 кг на 1 см2 поверхности основания. Во время процесса кристаллизации и охлаждения какого-либо сдвига или перемещения вставок по пазу не должно быть.

Для обеспечения качественной пайки и последующей термообработки скорость охлаждения коронки должна быть малой с последующим выравниванием температуры на уровне закалочной. Это обеспечивает резкое снижение внутренних остаточных напряжений в соединении «стгль -припой - твердый сплав». Растягивающие напряжения на наружной поверхности твердого сплава минимальны. Это увеличивает эксплуатационную стойкость бурового инструмента.

Оборудование для пайки выбирается таким образом, чтобы при сочетании высокой производительности пайки с оптимальной скоростью нагрева обеспечить высокое качество паяного шва и заданную прочность соединения. По сложившейся практике этим требованиям соответствуют установки индукционного нагрева ТВЧ. Основные характеристики некоторых из них приведены в табл.

Таблица

Тип оборудования Мощность, кВт Рабочая частота, кГц

Высокочастотные установки

И32а-100/8 100 8

И31 - 100/2.4 100 2,4

Тнристорный преобразователь частоты ТПСР 250-400-2400-2УЗ ТУ 24.11.01.082-84 с блоком БВН-1 (ЦНИИМ, г.Екатеринбург) 100 2,4

В комплекс оборудования для индукционной пайки буровых инструментов входит щелевой индуктор, обеспечивающий оптимальное сочетание равномерности прогрева и режимов работы источника ТВЧ. Конструктивные особенности индуктора (ширина и рельеф внутренней поверхности, высота, длина активной части, зазор между деталью и индуктором) должны обеспечивать равномерный прогоев твердого сплава и корпуса инструмента со скоростью, близкой к скорости передачи тепла внутрь материала этих элементов. Эти скорости выбирают в пределах 5-15°С/с. Более ускоренный и интенсивный нагрев может вызвать большие внутренние напряжения и способствовать образова-

нию микротрещин как в твердом сплаве, так и в стали. Так, для пайки буровых резцов используется проходной индуктор (рис. 2), изготовленный из медной трубки (ГОСТ 617-90) диаметром 8-10 мм. В индукторе предусмотрен подвод и отвод охлаждающей воды.

При использовании ламповых генераторов для пайки угольных или породных резцов используются индукторы кольцевого и щелевого типа.

Необходимая концентрация магнитного поля достигается засчет конструкции индуктора: он выполняется с двусторонними выточками в П-образных пластинах магнито-провода.

Качество паяного соединения В процессе пайки контролируются электрические параметры и временной режим цикла нагрева, кристаллизации припоя, подстуживания детали перед термообработкой для исключения перегревов или недогревов деталей.

Внешний осмотр паяных соединений - наиболее простой и распространенный способ контроля качества пайки, 11ризнаками качественной пайки бурового инструмента являются правильное положение твердосплавной вставки, непрерывный валик-галтель вдоль всего паяного шва, отсутствие непропаев, наплывов, трещин.

После окончательной подготовки бурового резца определяются два параметра качества пайки: наличие или отсутствие непропаев; прочность паяного шва.

Метод цветной дефектоскопии осноеэн на способности специальных красителей проникать в мелкие поры и трещины и изменять цвет других красок

Контролируемая деталь очищается от излишков флюса и припоя, твеэдосплавная пластинка отшлифовывается, производится обезжиривание паяно'о шва. Затем на подготовленные поверхности кистью наносится красный краситель и просушивается в течение одной минуты. После этого слой краски удаляется тампоном, смоченным в растворе керосина и трансформаторного масла (3:7), и наносится тонкий слой белой краски. Трещины при этом проявляются в виде красных линий.

Люминесцентный метод контроля качества манною соединения основан на способности люминофоров светиться при ультрафиолетовом обучении. В качестве люминофора используются следующие составы %:

Состав 1

триэтаноламин 5-6

олеиновая кислота 9-10

керосин 23-24

трансформаторное масло 61-63

№ 4 (25) 2004 29

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

КОЛЕБАНИЯ СИСТЕМ

Состав 2

керосин 75

трансформаторное масло 25

Деталь погружается на 3-5 минут в состав, затем промывается в проточной воде и сушится в струе воздуха. После этого деталь облучается ультрафиолетом в затемненной кабине. Имеющиеся в паяном шве трещины ярко светятся.

Прочность паяного шва на буровом инструменте определяется на образцах, вырезанных из детали при испытании на статический срез [7].

Заключение

Изменение формы собственности, перепрофилирование производства приводит к утрате прогрессивных технологий. Такое положение имеет место в ОАО «Кузнецкгормаш». Поэтому данная публикация позволит сохранить для пользователей специфическую технологию пайки буровых резцов.

Литература

1. Иванов К.И., Латышев В.А., Андреев В.Д. Техника бурения при разработке месторождений полезных ископаемых. - М.:Недра, 1987.-272 с.

2. Казаков Н.Ф. Диффузионная сварка материалов. - М. Машиностроение, 1975. - 312 с.

3. Коган Б.И., Хобатков A.M. Полуавтоматическая установка для пайки штыревых буровых коронок. / Механизации и аыимспиаацин производства, 1986, № 11. С. 6.

4. Хобатков A.M., Корецкий Ф.А. Устройство для пайки и термообработки перфораторных коронок. A.c. № 1148739, В23КЗ/00,Бюл. № 3, 1985.

5. Махоткин М.В. и др. Повышение качества паяных резцоз для шнекового бурения. / Сварочное производство, 1987, № 1. С 8.

6. Базильский C.B. и др. Таблетированный припой для пайки инструмента. / Автоматическая сварка, 1987, № 4. С. 87.

7. Базильский C.B.. Фрумин Е.И. Образцы для статических и ударных испытаний паяных соединений и выбор критериев оценки качества медных припоев. / Сварочное производство, 1988, № 5. С. 29.

Моделирование колебаний элементов сборного режущего инструмента для обработки пространственно-сложных поверхностей

Д. А. МАЛЫШКИН, ст. преподаватель, канд. техн. наук, А. М. МАРКОВ, профессор, доктор техн. наук, Е. Ю. ТАТАРКИН, профессор, доктор техн. наук, АлтГТУ им. И. И. Ползунова, г. Барнаул

Современный уровень развития техники характеризуется созданием все большего количества деталей про-странственно-сложной формы с одновременным повышением требований к качеству их обработки. К таким деталям относятся, например, штампы, пресс-формы, металлические модели для точного литья и др. Основным средством автоматизации механической обработки деталей, содержащих пространственно-сложные поверхности (ПСП) являются фрезернье станки с ЧПУ, эффективность применения которых зависит от качества выполнения чистовых операций. Это дает возможность снизить время на последующую доводку, доля которой составляет 40-80% всей трудоемкости изготовления детали.

Процесс фрезерования, имеющий неравномерный и прерывистый характер, сопровождается колебаниями большой интенсивности, ведущими к снижению качества обработки. В неравномерных и прерывистых процессах резания повышение производительности обработки не всегда сопровождается получением требуемого качества. Это происходит из-за роста амплитуды колебаний.

Наиболее «слабым» звеном технологической системы (ТС) является режущий инструмент из-за сравнительно малой жесткости по отношению к остальным элементам системы СПИД. Поэтому его колебания практически и определяют качество поверхности готовой детали. Вынужденные колебания режущего инструмента, возникающие под действием периодически изменяющейся возмущающей силы сопровождаются резонансными явлениями (частота собственных колебаний фрезы близка или равна частоте возмущающей силы), что приводит к неограниченному ро-

сту амплитуды колебаний, а вследствие чего и росту высоты мифонеровностей.

Одним из способов снижения интенсивности колебаний режущего инструмента является применение виброгасителей (демпферов). Спектральный анализ ТС показал, что колебания режущего инсрумента более интенсивны по сравнению с колебаниями остальных узлов станка.

В связи с этим, в настоящее время в металлообработке используется широкий спектр инструментов, (резцы, торцовые фрезы и т. д.), в конструкции которых вводятся демпфирующие элементы в виде вставок из упругого материала. Но при обработке ПСП, использование данного вида инструмента не нашло широкого применения. Основная причина этого - отсутствие математических моделей, описывающих работу сборных концевых фрез. Поэ'ому, задача получения математического аппарата, описывающего колебания сборного режущего инструмента для обработки ПСП, является актуальной и своевременной

В качестве модели, имитирующей процесс вынужденных колебаний элементов сборной концевой фрезы, возникающих при фрезеровании ПСП под действием перио-дичес<и изменяющихся возмущающих сип (сип резания), выбрана схема двухмассовой динамической системы (рис.1).

Система имеет две степени свободы: первая соответствует колебаниям корпуса сборной фрезы относительно шпинделя (обобщенная координата х-,); вторая - колебаниям режущей пластинки фрезы относительно ее корпуса (обобщенная координата х2) Для получения уравнений движения данной доминирующей ТС воспользуемся тео-

30 № 4 (25) 2004

*