CC BY
44УДК 621.9.025
ВЛИЯНИЕ СПОСОБА КРЕПЛЕНИЯ СМЕННЫХ МНОГОГРАННЫХ ПЛАСТИН В РЕЗЦАХ НА ТОЧНОСТЬ ОБРАБОТКИ
Ю.И, Иванов, О. И. Законов1
Самарский государственный технический университет,
443100, Самара, ул. Молодогвардейская, 244.
Рассмотрены виды креплений сменных многогранных режущих пластин в корпусах инструментов по ИСО. Определен прогиб вершины резцов со сменными многогранными пластинами при работе для различных систем крепления и сил резания с помощью программы Построена номограмма зависимостей прогиба резцов от силы резания,
необходимых для производства. Сделаны выводы.
Ключевые слова: резец, сменные многогранные пластины, система крепления по ИСО, прогиб вершины резцов, А№БК?, номограмма, рекомендации.
В настоящее время при металлообработке широко применяются режущие инструменты со сменными многогранными режущими пластинами (СМП). Известные инструментальные фирмы, такие как «Сандвик Коромант» (Швеция), «Мицубиси» (Япония), «Хертель» (Германия) и др., рекомендуют и поставляют потребителю широкую номенклатуру пластин СМП и конструкций инструментов. В каталогах фирм нет данных по влиянию способов крепления СМП на точность обработки. Это вызывает большие проблемы при разработке технологических процессов изготовления деталей [ 1 ].
Целью работы является исследование влияния способов крепления на точность обработки.
Международная организация по стандартизации (ИСО) классифицирует несколько систем крепления пластин в корпусах инструментов (рис. 1) [1]. Система Т-МАХ Р предназначена для закрепления односторонних и двусторонних пластин без задних углов (а = 0) с размерами в соответствии ИСО.
Пшимповьитюй Коеппвшв витм Цхжырьнагом Гржы сверху и
шшоопи
за огтерспие
поджим за оггверспие
Рис. 1. Схемы крепления СМП в режущих инструментах по ИСО
Эта система получила широкое применение и имеет по ИСО несколько конструктивных вариантов закрепления пластин [1, 2, 3];
прижим специальным прихватом повышенной жесткости ЯС условно обозначается буквой О; прижим рычагом за отверстие условно обозначается буквой Р; прижим клином условного обозначения не имеет;
1 Иванов Ювеналий Иванович, кандидат технических наук, доцент. Законов Олег Игоревич, аспирант.
прижим сверху и поджим к отверстию клином-прихватом условно обозначается буквой М; прижим прихватом сверху условно обозначается буквой С.
Система Т-МАХ U (coro Turn 107 и 111 по классификации фирмы «Коромант») предназначена для надежного закрепления винтом за отверстия пластин с задними углами. Эта система условно обозначается буквой S.
Система Т-МАХ - прижим прихватом сверху. Эта система предназначена для закрепления пластин из керамики и кубического нитрида бора (CBN) [3].
Резец с СМП состоит не только из пластинки и державки, но и из различных элементов крепления (рычаги, прихваты, винты и др.). Элементы крепления пластины также деформируются под действием сил резания, что, в свою очередь, влияет на прогиб, а следовательно, и на точность обработки. Определение прогиба резца с СМП с помощью формул представляет большие трудности, так как это многозвеньевая система. Здесь требуется принять ряд допущений и произвести сложный математический расчет. Для определения прогиба резцов с СМП целесообразно применить программу ANSYS, которая широко используется в технике.[4]
Для расчета использовались следующие параметры: деталь - вал диаметром 50 мм, точность на обработку точением составляет IT11, а допуск Тд=0,160 мм. При этом допустимый прогиб резца: 5=(0,35-0,4) *Тд=0,056^0,064 мм.
Резец 1: резец токарный проходной с круглой сменной режущей пластиной. По классификации ИСО: пластинка имеет код- RNMN 16 05 00, резец с креплением Т-Мах Р (прижим L-образным рычагом за отверстие) имеет код PRGNR 32 25 Р 15.
Резец 2: резец токарный проходной с квадратной сменной режущей пластиной.
По классификации ИСО: пластинка имеет код SNMN 16 05 04, резец с креплением Т-Мах Р (крепление винтом) имеет код SPGNR 32 25 Р 15.
Резец 3: резец токарный проходной с круглой сменной режущей пластиной. По классификации ИСО: пластинка имеет код SNMN 16 05 04, резец с креплением Т-Мах Р (прижим повышенной жесткости) имеет код SGNR 32 25 Р 15.
Решение задачи в пакете ANSYS проходит в несколько этапов:
- выбираются типы конечных элементов и задаются их свойства;
- задается тип материала и его свойства;
- строится геометрическая модель;
- элементам геометрической модели присваиваются атрибуты (материал, тип конечного элемента), модель разбивается на конечные элементы;
- задаются граничные условия (закрепления модели и действующие силы);
- решается задача [4].
Поясним некоторые этапы подробнее на примерах исследования прогиба резцов с СМП для вариантов крепления пластин рычагом через отверстие, винтом и прихватом повышенной жесткости.
Для проведения расчета в среде ANSYS была построена геометрическая модель резца (см. рис. 2 а).
При постановке задачи были использованы следующие параметры: тип анализа
- Structural (структурный); модуль упругости для стали Е = 2е5(2х105)Па; для твердого сплава Е = 5е5(5х105)Па, коэффициент Пуассона 0,3; тип элемента Solid Brick 8 node 45 (массивное трехмерное тело). При этом размеры давались в миллиметрах.
Геометрическая модель (см. рис. 2 б) разбивается на конечные элементы. При разбиении на элементы использовались следующие условия: размер элементов 1 мм. Mesh: Volumes -Tet- Free (разбить: объемы- на тетраэдры- в свободном порядке).
а б в
Р и с. 2. Этапы решения задачи в программе а - геометрическая модель резца с прихватом повышенной жесткости, 1 - корпус резца, 2 - квадратная СМП, 3 — прихват повышенной жесткости; б - конечно-элементная модель; в — результат расчета
В местах контакта пластинок с корпусом резца и на внутренних поверхностях отверстия, где происходил контакт с элементом крепления, создаются контактные пары. Контакт задавался по плоскостям с коэффициентом трения 0,5.
К вершине резца под углом а= 8° прикладывались силы Рг (от 100 до 1000Н с шагом в 100Н) и Ру = 0,ЗРг .
Таким образом, задача была решена для десяти вариантов нагружения.
В качестве примера на рис. 2 приведены геометрическая модель резца с креплением СМП прихватом повышенной жесткости (обозначение по ИСО буквой О), конечно-элементная модель резца и результат расчета (см. рис. 2 в). Аналогичным образом определялся прогиб резцов с креплением винтом (обозначение по ИСО буквой 5) и рычагом за отверстие (обозначение по ИСО буквой Р) с помощью программы АКБУЭ и для напайного резца - с помощью формул сопромата.
0,07 а, м*
0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 о
0 200 400 600 800 р*,н 1000
Р и с. 3. Прогиб резцов различных конструкций в зависимости от силы резания
По полученным данным построены графики прогиба для каждого из резцов в зависимости от силы резания (рис. 3). Полученный график имеет практическое значение и дает возможность определения прогиба вершины резца в зависимости от силы резания для различных способов крепления режущей пластины (рычагом за отверстие, прихватом повышенной жесткости, винтом и пайкой, см. вариант 1 рис. 3). При Рт=400 Н прогиб напайного резца составляет 0,008 мм, для крепления винтом прогиб равен 0,015 мм, для прихвата повышенной жесткости - 0,17 мм, а при креплении пластины рычагом за отверстие - 0,03 мм. Так же можно решить и обратную
у
>
Л И *
2 оар _ .
: ^ *1 z 1
г 1 '2 бар 1 1 вар 2 бар ' 1 2 еар|
Рычагом за отверстие
Прихеат
повышенной
жестксстк
задачу и определить силу резаыия по заданному прогибу вершины резца. Например, при 5= 0,02 мм (см. вариант 2 рис. 3) сила Pz не должна превышать 200 Н для крепления рычагом за отверстие, Pz < 500 Н для прихвата повышенной жесткости, Pz < 600 Н для крепления винтом и Pz < 1000 Н для напайного резца.
Полученные номограммы имеют большое практическое значение, такие данные необходимы технологам при разработке технологических процессов и назначении режимов резания для обеспечения заданной точности изготовления поверхностей, а также конструкторам-инструментальщикам при разработке новых конструкций инструментов.
Выводы:
- для определения влияния разных конструкций сборных резцов с СМП на точность обработки выполнено исследование напряженно-деформированного состояния с помощью программы ANSYS и получены необходимые практические рекомендации по выбору резцов с СМП и работе с ними;
- исследования показали, что прогиб резца с СМП больше, чем у напайного резца при тех же силах резания за счет многозвеньевой системы механического крепления пластины, поэтому необходимо выбирать и применять более жесткие конструкции креплений и большие размеры резьбы крепежного винта и деталей;
- крепление рычагом через отверстие имеет наименьшую точность обработки, крепление прихватом повышенной жесткости дает большую точность, а крепление винтом обеспечивает наибольшую точность обработки.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Справочник конструктора-инструменталыцика / Под общ. ред. В.А. Гречишникова и С.В. Кирсанова. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 2006. - 542 с.: ил. (библиотека конструктора).
2. Справочник технолога машиностроителя в 2-х т. Т.2 / Под ред. А.Г, Косиловой и Р.К. Мещерякова. - М.: Машиностроение, 1986. - 496 с.: ил.
3. Каталог продукции фирмы «Сандвик Коромант», Швеция, 2006 г.
4. Каплун А.Б., Морозов ЕЖ, Одферьева М.А, ANSYS в руках инженера: практическое руководство. Изд. 2-е. - М.: УРСС, 2004. - 272 с.: ил.
Статья поступила в редакцию 30 октября 2008 г.
UDC 621.9.025
INFLUENCE OF METHOD OF FASTENING OF RMSP IN CHISELS ON EXACTNESS OF TREATMENT
U.I. Ivanovt O.I. Zakonov1
Samara State Technical University,
244, Molodogvardeyskaya str,. Samara, 443100.
The types of fastenings of removable many-sided cuttings plates are considered in the corps of instruments on ISO. Bending of top of chisels is certain with RMSP during work for the dijferent systems of fastening and cutting forces by the program ANSYS. The nomogram of dependences of bending ofchisels is builtfrom force ofcutting necessaryfor a production. Conclusions are made.
Keywords: cutter, removable many-sided plates, fastening system on ISO, deflection of top of cutters, ANSYS, nomogram, recommendations
1 Uvenaliy I. Ivanov, Candidate of Technical Sciences, Associate professor. Oleg I. Zakonov, Postgraduate student.
