CC BY
38
4. Fukuzawa Y., Mohri N., Gotoh H., Tani T. Three-dimensional machining of insulating ceramics materials with electrical discharge machining // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2009. Vol. 19. P. 150-156.
5. Ekmekci B., Tekkaya A. E., Erden A. A. Semi-empirical approach for residual stresses in electric discharge machining (EDM) // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2006. Vol. 46(7-8). P. 858-868. D01:10.1016/j.ijmachtools.2005.07.020.
6. Klocke F., Schneider S., Ehle L., Meyer H., Hensgen L., Klink A. Investigations on Surface Integrity of Heat Treated 42CrMo4 (AISI 4140) Processed by Sinking EDM // Procedia CIRP. 2016. Vol. 42. P. 580-585. D0I:10.1016/j.procir.2016.02.263.
7. Lee S. H., Li X. Study of the surface integrity of the machined workpiece in the EDM of tungsten carbide // Journal of Materials Processing Technology. 2003. Vol. 139(1-3). P. 315-321. D0I:10.1016/S0924-0136(03)00547-8.
8. Hasgalyk A., £ayda§ U. Experimental study of wire electrical discharge machining of AISI D5 tool steel // Journal of Materials Processing Technology. 2004. Vol. 148(3). P. 362-367. D0I:10.1016/j.jmatprotec.2004.02.048.
9. Greene. Electro-Erosion of Metal Surfaces // Science. 1974. Vol. 5 (March). P. 695-706. D0I:10.1007/BF02644666.
10. Marashi H., Jafarlou D. M., Sarahan A. A. D., Mardi N. A. Employing severe plastic deformation to the processing of electrical discharge machining electrodes // Precision Engineering. 2016. D0I:10.1016/ j.precisioneng. 2016.05.012.
11. Antar M. T., Soo S. L., Aspinwall D. K., Jones D., Perez R. Productivity and workpiece surface integrity when WEDM aerospace alloys using coated wires // Procedia Engineering. 2011. Vol. 19. P. 3-8. D0I:10.1016/j.proeng.2011.11.071.
12. Rona N., Yenisey M., Kucukturk G., Gurun H., Cogun C., Esen Z. Science Direct 0riginal article Effect of electrical discharge machining on dental // Journal of Prosthodontic Research. 2016. P. 1 -10. D0I:10.1016/j.jpor.2016.07.006.
13. Bobkov N. V., Fedorov A. A., Blesman A. I., Postnikov D. V., Polonynkin D. A. Wire electrical discharge machining of E110 zirconium alloy // Journal of Physics: Conf. Series. 2017. Vol. 858. P. 12005. DOI :10.1088/1742-6596/858/1/012005.
УДК 621.95.025
ВЛИЯНИЕ ФОРМ И ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПОДТОЧКИ ПОПЕРЕЧНОЙ РЕЖУЩЕЙ КРОМКИ НА ТОЛЩИНУ СРЕЗА ПО ДЛИНЕ РЕЖУЩИХ КРОМОК СПИРАЛЬНОГО СВЕРЛА
INFLUENCE OF FORMS AND GEOMETRIC PARAMETERS OF THE SUBSTRATE OF THE TRANSVERSE CUTTING EDGE ON THE THICKNESS OF THE SIZE BY THE LENGTH OF THE CUTTING EDGES OF THE SPIRAL DRILL
Е. В. Васильев, Д. С. Макашин, И. К. Черных
Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия
E. V. Vasil'ev, D. S. Makashin, I. K. Chernykh
Omsk State Technical University, Omsk, Russia
Аннотация. В настоящее время существует проблема сверления глубоких отверстий в труднообрабатываемых материалах при изготовлении авиа- и ракетно-космической техники. В данной работе рассматриваются вопросы повышения эффективности сверления отверстий за счет подтачивания поперечной режущей кромки сверла. Определяется изменение толщины среза и геометрических параметров при сверлении сверлами с подточками поперечной режущей кромки различной формы. Определено, что положительный передний угол вдоль поперечной режущей кромки, полученный при круговой подточке, обеспечивает стабильность процесса резания и самоцентрирование спирального сверла в отверстии.
Ключевые слова: режущая кромка спирального сверла, круговая подточка, самоцентрирование, сверление глубоких отверстий, углы режущей части.
DOI: 10.25206/2310-9793-2018-6-1-154-162
I. Введение
В настоящее время на многих предприятиях существует значительная проблема обработки глубоких отверстий в труднообрабатываемых материалах. Многие предприятия пытаются ее решить за счет приобретения дорогостоящего импортного твердосплавного инструмента, при этом значительно увеличиваются затраты на инструментальное обеспечение производства. В то же время значительная доля машиностроительных предприятий имеет шлифовально-заточное оборудование с ЧПУ, позволяющее осуществлять шлифование и затачивание режущего инструмента. Таким образом, для изготовления режущего инструмента собственными силами необходимо разработать его конструкцию с геометрическими особенностями и технологию изготовления.
II. Постановка задачи
Повышение эффективности сверления отверстий возможно за счет изменения геометрических параметров режущей и калибрующей части спирального сверла , подбором оптимальных режимов резания и применение методов повышения износоустойчивости режущей части [1-14]. Исследования Виноградова А. А. и Родина П. Р. показали, что существует зависимость между видом стружки и изменением толщины среза по длине режущих кромок сверла. Толщина среза - это кратчайшее расстояние от поверхности резания до внешней поверхности срезаемого в данный момент слоя металла. Постоянство значения толщины среза на длине режущей кромки влияет на стабильность системы СПИД и точность получаемого отверстия [15-17].
Образование подточкой положительного переднего угла, а также резание у поперечной режущей кромки с толщиной среза, близкой к подаче на зуб, увеличивает самоцентрирование сверла в детали. Повышение самоцентрирования инструмента уменьшает значение увода при врезании в деталь, следовательно, увеличивая точность обработки.
При изменении значений толщины среза на длине режущей кромки приводит к образованию более короткой стружки, меняя процесс резания. Исследования Виноградова А. А. показали, что дробление стружки увеличивает переменные силы, действующие на инструмент, приводя к уменьшению точности обработки [13,14].
III. Теория
Для исследования влияния формы подточки проведено аналитическое исследование изменения толщины среза. Толщина среза, измеренная в нормальном сечении N-N в произвольной точке А режущей кромки сверла, рассчитывается по формуле 1, полученной Родиным П. Р. (1) [1].
5 1
a =---, (1)
2
(
1 +
1
tgp ■ cos т
V
где т - угол между вектором скорости резания V и подачей ф - половина угла при вершине сверла. Определение углов т и ф в произвольной точке А производилось по схеме, показанной на рис. 1.
Рис. 1. Схема определения толщины среза при сверлении
IV. Результаты экспериментов Исследование изменения толщины среза при сверлении проводилось у сверл со следующими геометрическими параметрами: угол 2ф равен 115°, длина поперечной режущей кромки равна 0,05^ уменьшенная до необходимой длины подточками кромки формы А, В, С и круговой подточкой. Для устранения образования лунки на передней поверхности инструмента (рис. 2) круговая подточка и подточки формы А и С выполнялись на величину 0,4Я передней поверхности сверла. Подточка формы В выполняется с подточкой передней поверхности до периферии сверла прямолинейной плоскостью с зарезом передней поверхности на 0,05 мм.
Для сравнительного анализа дополнительно исследовано изменение толщины среза у сверла без подточки (рис. 2). Результаты аналитического расчета рассчитанного по формуле (1) для изменения толщины среза при увеличении расстояния от измеряемой точки Ях до оси сверла при изменении вида подточки представлены в табл. 1.
Рис. 2. Изменение толщины среза при сверлении сверлом без подточки
Ь)
Рис. 3. Изменение толщины среза при сверлении сверлами с подточками формы А (а) и В (Ь) поперечной режущей кромки
Толщина среза при сверлении неподточенным сверлом уменьшается с 0,42 8об до 0,418об на расстоянии от Я до 0,85Я, с последующим увеличением до 0,428об на расстоянии 0,4Я (рис. 2). Это связано с прогибом части режущей кромки при обработке стандартным шлифовальным кругом профиля 1А1 методом обката стружечной канавки. Уменьшение толщины среза с 0,418об до 0,388об на расстоянии от 0,4Я до 0,15Я от оси сверла связано с увеличением угла т и уменьшением угла ф (рис. 5, рис. 6). На расстоянии от 0,2Я до 0,05Я толщина среза увеличивается с 0,388об до 0,58об. Предварительное исследование позволяет сделать заключение, что резкое изменение толщины среза происходит на расстоянии от 0,4Я до 0,05Я.
При подточке формы А поперечная режущая кромка шлифуется кругом с образованием вогнутой поверхности (рис. За). Толщина среза при сверлении сверлом с подточкой формы А увеличивается от 0,448об до 0,438об при увеличении угла т и угла ф на расстоянии от 0,4Я до 0,15Я при соединении выгнутой поверхности подточки и режущей кромки сверла (рис. 6). Уменьшение толщины среза с 0,448об до 0,418об на расстоянии от 0,15Я до 0,1Я от оси сверла связано с уменьшением угла т и угла ф (рис. 5, рис. 6). Исследование подточки формы А позволяет сделать заключение, что резкое изменение толщина среза происходит на расстоянии от 0,44 8об до 0,418об , которое связано с вогнутой поверхностью подточки поперечной режущей кромки (рис. 7).
Й5*
аш
Ь)
Рис. 4. Изменение толщины среза при сверлении сверлами с подточками формы С (а) и с круговой подточкой поперечной режущей кромки (Ь)
Особенностью подточки формы В является постоянный угол ф при шлифование прямолинейной поверхности от поперечной режущей кромки до периферии сверла (рис. 3Ь). Толщина среза при сверлении сверлом с подточкой формы В уменьшается от 0,42 8об до 0,418об, что объясняется увеличением угла т на расстоянии от 0,4Я до 0,1Я (рис. 5).
При подточке формы С поперечная режущая кромка шлифуется кругом прямолинейной поверхностью (рис. 4а). Толщина среза при подточке формы С увеличивается от 0,418об до 0,408об и от 0,438об до 0,418об с минимумами в точках 0,3Я и 0,1Я (рис. 7).
При круговой подточке поперечная режущая кромка подтачивается шлифовальным кругом с образованием выпуклой поверхности (рис. 4Ь). Толщина среза увеличивается от 0,418об до 0,428об, что объясняется увеличением угла т и угла ф на расстоянии от 0,4Я до 0,3К Исследование круговой подточки позволяет сделать заключение, что резкое изменение толщина среза происходит на расстоянии от 0,44 8об до 0,418об, которое связано с выпуклой поверхностью подточки поперечной режущей кромки. Толщины среза скачкообразно изменяется от 0,428об до 0,58об на длине от 0,2Я до 0,05К При выпуклой поверхности подточки толщина среза увеличивается на всей длине подтачивания поперечной режущей кромки.
ТАБЛИЦА 1
РАССЧИТАННЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ТОЛЩИНЫ СРЕЗА ПРИ УГЛАХ Ф И Т, ОБРАЗУЮЩИХСЯ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ВИДАХ ПОДТОЧЕК
я* я Вид подточки поперечной режущей кромки сверла
Без подточки Форма А Форма В Форма С Круговая подточка
1 ^ ф, ° т, ° йоб ф, ° т, ° ^об ф, ° т, ° ^об ф, ° т, ° 1 ^об ф, ° т, °
1 0,42 57,3 0 0,42 57,3 0 0,42 57,3 0 0,42 57,3 0 0,42 57,3 0
0,85 0,41 55,4 0,41 0,41 55,4 0,41 0,41 55,4 0,41 0,41 55,4 0,41 0,41 55,4 0,41
0,75 0,41 55,35 0 0,41 55,35 0 0,41 55,35 0 0,41 55,35 0 0,41 55,35 0
0,6 0,41 55,29 0,53 0,41 55,29 0,53 0,41 55,29 0,53 0,41 55,29 0,53 0,41 55,29 0,53
0,40 0,41 56,24 6,48 0,41 56,24 6,48 0,42 57,5 2,48 0,41 56,24 6,48 0,41 56,24 6,48
0,30 0,38 51,32 17,14 0,41 56,22 17,14 0,42 57,5 5,31 0,41 56,27 18,45 0,42 58,15 11,5
0,20 0,38 53,23 29,31 0,42 58,2 20,56 0,42 57,5 8,43 0,43 59,27 11,12 0,42 59,2 20,56
0,15 0,39 59,3 42,36 0,44 63,15 21,24 0,42 57,5 13,41 0,43 59,5 16,23 0,45 67,32 24,53
0,1 0,44 76,8 63,13 0,42 57,22 9 0,42 57,5 17,24 0,41 58,2 24,3 0,46 70,45 28,4
0,05 0,5 90 83,27 0,5 90 16,2 0,5 90 54,14 0,5 90 59,36 0,5 90 17,24
О,« 0.« 0.5 0.1 ОД
растоянле от осп сверла. Их/К Рис. 5. Изменение угла ф у сверл с различными видами подточек поперечной режущей кромки
Т,
93
ь;
Л
/
J t / t t
r / t r
f t * f ft
i t 4 / f I Ji
J * J> U' [i /ч
/ # JF J* s У
^V /
----
---ПйДТвчки
—^ Форма А
- ■ ФОРМЫ 0
форма с - — Круговая полточка
1 а.г5 а.7 о.б в.4 а.э- ал 0.15 ад а.оь
растоянне от осп сверла, Кх/К Рис. 6. Изменение угла т у сверл с различными видами подточек поперечной режущей кромки
Sx/So6
0J*
O.nlTi
□,-j
3,373
D.jj
"7
r " ''7 i / / 1 i t
/ t i/ ч 1 A. t \ t \ 1 ! t
■ —j ^ ___ sY ■Vy jVi/1 I I
N i 4 £ i t
---ПОДМчки
Фор ма A — ■ Формы 3 Фор ма С
— — Upvrooaa подточи»
i э,Б5 я, J p. J о.з а,г o,i5 и. i э.эз
растоянне от оси сверла > Rx/R
Рис. 7. Изменение толщины среза при обработке сверлами с различными видами подточек поперечной режущей кромки
V. Обсуждение результатов В результате установлено, что кривая зависимости толщины среза на длине режущей кромки от периферии до оси сверла при круговой подточке имеет плавный подъем, поэтому в процессе резания образуется сливная стружка, т.е. сливному стружкообразованию способствует выпуклая поверхность подтачивания. Прогибы кривых зависимостей изменения толщины среза от периферии до оси сверла у подточек А, В и С увеличивают
склонность к дроблению и образованию при сверлении элементной стружки. У сверл с подточками формы В или С склонность к элементному стружкообразованию выше, чем у сверла с подточкой формы А. Резкое изменение толщины среза у не подточенного сверла компенсируется любой из сравниваемых подточек (рис. 7). Эти результаты объясняют практические данные вида стружки полученной при сверлении титанового сплава Вт3-1 (рис. 8).
Рис. 8. Изменение вида стружки титанового сплава при обработке сверлами с различными видами подточек:
а) форма А; Ь) форма В; с) форма С; ф круговая подточка
VI. Выводы и заключение
Большая, чем у сравниваемых подточек, толщина среза и положительный передний угол вдоль поперечной режущей кромки при круговой подточке обеспечивают стабильность процесса резания и самоцентрирование при процессе врезания сверла благодаря значению толщины среза до 0,45-0,4758 у поперечной режущей кром-
ки.
Список литературы
1. Родин П. Р. Геометрия режущей части спирального сверла. Киев: Техника,1971. 136 с.
2. Petukhov Yu. E., Vodolvozov A. A. Curvilinear cutting edge of a helical bit with uniform life // Russian Engineering research. 2014. Vol. 34, no. 10. Р. 645-648.
3. Петухов Ю. Е., Водовозов А. А. Заточка спиральных сверл с криволинейными режущими кромками по задней поверхности // Вестник машиностроения. 2015. № 6. С. 59-62.
4. Петухов Ю. Е., Водовозов А. А. математическая модель криволинейной режущей кромки спирального сверла повышенной стойкости // Вестник МГТУ СТАНКИН. 2012. № 3(21). С. 28-32.
5. Петухов Ю. Е., Водовозов А. А. Анализ влияния скорости резания точек режущей кромки на стойкость спирального сверла и пути ее увеличения // Известия МГТУ МАМИ. 2013. № 1(15). С. 31-35.
6. Petukhov Yu. E., Domnin P. V. Shaping of complex surfaces by a standard straight tool // Vestn. Mashinostr. 2003. № 5. Р. 102-106.
7. Petukhov Yu. E., Kolesov N. V. Numerical models of a cutting tool for machining complex surfaces // Vestn. Mashinostr. 2003. № 5. P. 61.
8. Petukhov Yu.E., Vodolvozov A.A. Mathematical model of the curvilinear cutting edge of a durable helical bit // Vestn. MGTU Stankin. 2012. № 3. Р. 28-32.
9. Rodnin P. R. Geometriya rezhushchei chasti spiral'nogosverla (Cutter Geometry of Helical Bits) // Kiev: Tekhnika. 1971.
10. Гусейнов Р. В. Рустамов М. Р. Совершенствование обработки отверстий небольшого диаметра // Вестник машиностроения. 2012. № 9. С. 50-52.
11. Юркевич В. В. Причины снижения точности обработки сверлений // Металлообработка. 2012. № 5-6 (7172). С. 2-6.
12. Дерябин И. П., Павлючук С. И. Влияние поперечной кромки сверла на погрешности получаемых отверстий // Технология машиностроения. 2013. № 11. С. 11-14.
13. Виноградов А. А. Физические основы процесса сверления труднообрабатываемых металлов твердосплавными сверлами. Киев : Наукова думка, 1985. 264 с.
14. Виноградов В. В. Высокопроизводительная обработка металлов резанием. М.: Полиграфия, 2000. 301 с.
15. Макашин Д. С. Влияние геометрических параметров спирального сверла на отклонение от цилиндрично-сти при сверлении титанового сплава // Омский научный вестник. 2011. № 2(100). С. 40-44.
16. Макашин, Д. С. Влияние вида подточки поперечной режущей кромки на отклонение от цилиндричности при сверлении титанового сплава // Омский научный вестник. 2011. № 3(103). С. 90-95.
17. Макашин Д. С. Повышение точности сверления титановых сплавов // Россия молодая: передовые технологии - в промышленность. 2011. С. 55-57.
УДК 620.22
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЭКСТРУЗИОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ И ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ ВТОРИЧНЫХ КОМБИНИРОВАННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ И СМЕСЕЙ
IMPROVEMENT OF EXTRUSION EQUIPMENT AND TECHNOLOGIES FOR PROCESSING SECONDARY COMBINED POLYMER MATERIALS AND MIXTURES
В. В. Дядичев1, А. В. Колесников2, А. В. Дядичев1
1 Крымский федеральный университет имени В.И. Вернадского, г. Симферополь, Россия 2Луганский национальный университет имени Владимира Даля, г. Луганск
Valery Dyadichev1, Andrey Kolesnikov2, Aleksandr Dyadichev1 1V.I. Vernadsky Crimean Federal University, Simferopol, Russia 2Luhansk National University named after Vladimir Dal, Lugansk
Аннотация. Статья посвящена решению научно-технической проблемы совершенствования экстру-зионного оборудования и технологии переработки вторичных комбинированных полимерных материалов и смесей, методом экструзии с использованием многосекционного шнека, который позволит производить новую высококачественную продукцию и уменьшить загрязнение окружающей среды. Предлагается новая конструкция шнека, состоящего из нескольких функциональных секций. Разработана математическая модель для описания работы экструдера с многосекционным шнеком, направленная на анализ его эксплуатационных параметров и разработку новых конструкций шнека экструдера, путем последовательного прохождения его отдельных секций с постоянным шагом по длине шнека. На основании исследования функционального назначения зон экструдера и особенностей обработки полимерных смесей с вторичным сырьем предлагается функциональная схема шнека. На основании результатов математического моделирования получены значения толщины полос компонентов полимерной смеси на выходе секций экструдера для анализа смесительных способностей. На основании математического анализа относительного вклада секций в процесс смешения, определено, что наилучшее смешение достигается в барьерной секции, а экструдер с многосекционным шнеком можно использовать, успешно совмещая в нем две стадии: смесительную и основной обработки. С помощью математического моделирования получены эпюры линейных скоростей и скоростей сдвига по зонам экструдера. Математическое моделирование позволяет определить влияния конструктивных параметров: ширины барьерного витка и зазора между поверхностью барьера и цилиндром на показатели работы экструдера.
Ключевые слова: математическая модель, экструзия, шнек, глубина канала, секция, эпюры, скорость сдвига, барьерный зазор, деформация сдвига.
DOI: 10.25206/2310-9793-2018-6-1-162-167
I. Введение
В связи с все возрастающими потоками отходов и сокращающимися природными ресурсами более экологически разумным является производство и использование вторичного сырья. Значительную долю вторичного сырья составляют полимерные материалы [1].
Одним из основных технологических процессов переработки полимерных материалов является экструзия [2]. Экструзия полимерных материалов является достаточно разнообразной по видам производимых изделий: это пленки [3], листы [4], трубы [5], разнообразные фасонные полимерные профили и др.
