CC BY
20
Список литературы
1. Чечуга А. О. Влияние силы трения на составляющие силы резания при токарной обработке // XVII Всероссийская научно-техническая конференция студентов, магистров, аспирантов и молодых ученых «Техника ХХ1 века глазами молодых ученых и специалистов». Тула: Изд-во ТулГУ, 2018. С. 452-456.
2. Кудинов В.А. Динамика станков. М.: Машиностроение, 1967.
359 с.
Чечуга Антон Олегович, студент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
INFLUENCE OF CUTTING SPEED ON THE COMPONENT OF CUTTING FORCES
A.O. Chechuga
The article considers the influence of cutting speed on the value of cutting force. The dependences of the tangential and radial, as well as axial components of the cutting force on the cutting speed are presented.
Key words: cutting force, radial component of cutting force, tengecial component of cutting force, increment of cutting force.
Chechuga Anton Olegovich, student, chechugaO@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.9
ВЫЯВЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ
ПАРАМЕТРОВ СТУПЕНЧАТЫХ РАЗВЕРТОК С РАЗНОНАПРАВЛЕННЫМИ ВИНТОВЫМИ ЗУБЬЯМИ
НА ПЕРВОЙ И ВТОРОЙ СТУПЕНИ ДЛЯ ОБРАБОТКИ СТУПЕНЧАТЫХ ОТВЕРСТИЙ
В. А. Гречишников, В.Б. Романов, А. А. Куранина
Изучены геометрические особенности двухступенчатой развертки с разнонаправленными винтовыми зубьями на первой и второй ступени, предназначенной для обработки двухступенчатых отверстий. На базе полученных данных предложены наиболее оптимальные геометрические параметры инструмента.
Ключевые слова: развертка, двухступенчатая развертка, винтовой зуб, отверстие, процесс резания, сила резания, ступенчатое отверстие, цилиндрическая развертка, инструмент, угол.
Процесс развертывания является одним из основных способов формирования отверстия диаметром до 80 мм. Для обработки отверстия развёртки диаметром до 30 мм широко применяются в различных отраслях машиностроения. Изготовление разверток происходит не только на
292
специализированных заводах, но и в инструментальных цехах машиностроительных предприятий благодаря своей технологичности и универсальности конструкций. Конструкции стандартных типов разверток регламентируются по ГОСТ 16086-70, ГОСТ 16087-70, ГОСТ 7722-77, ГОСТ 1672-80, ГОСТ 11175-71, ГОСТ 3509-71.
Для повешения качества и эффективности и для расширения области применения разверток в настоящее время кроме нормализованных существует огромное количество специальных конструкций разверток. Настоящая работа посвящена изучению обработки ступенчатых отверстий ступенчатыми развёртками с разнонаправленными винтовыми зубьями на первой и второй ступени, особенностей их проектирования и производства.
Требования к инструменту и пути повышения качества обрабатываемого отверстия. Развёртки предназначены для обработки отверстий 6 - 9-го квалитетов точности с параметром шероховатости Яа=0,16...0,63 мкм. Ступенчатые развёртки с разнонаправленными зубьями на первой и второй ступени предназначены для обработки ступенчатых отверстий с отклонением формы в пределах половины допуска на диаметр каждой ступени развёртки так как обычно в этом пределе находится величина разбивки отверстия особенно при чистовой обработке при предварительно подготовленных отверстиях по 8 - 9-му квалитетам точности с шероховатостью не более 2,5 мкм.
При развертывании основными погрешностями обработки являются: значительное расхождение диаметральных размеров развёртки и отверстия, овальность обрабатываемого отверстия, увод отверстия, огранка. Основной причиной разбивки и усадки (влияние на отклонение размера), является задание и использование различных геометрических параметров рабочей части развертки
Соотношение и величина сил, возникающие на режущих кромках разверток оказывает большое влияние на возникновение подобных погрешностей. Силы резания стремятся оттолкнуть ось предварительно обработочного отверстия от оси вращения инструмента в результате несимметричности заточки, биения зубьев, несоосности развёртки и отверстия детали, что изменяет условия базирования развёртки в предварительно обработанном отверстии. Из-за изменения базирования развёртки изменяется траектория движение режущих кромок, что приводит к изменению диаметра обрабатываемого отверстия и впоследствии к появлению погрешности формы (конусность и седлообразности) [1]. Для избежания данных изменений рекомендуется главный угол в плане принимать в пределах 2...3°, а для ручных разверток - ещё меньше. Развертки с нечетным количеством зубьев дают меньшую разбивку. Для уменьшения разбивки применяют развёртки с «доведёнными» передними и задними поверхностями. На точность и частоту отверстия влияет геометрия развертки. При обработке отверстия необходимо строго задавать подачу и толщину срезаемого слоя. Для чистовой обработки отверстия глубина срезаемого слоя не должна
превышать 0,03...0,12 мм в зависимости от диаметра развертываемого отверстия, подача должна обеспечивать толщину срезаемого слоя превышающую в 1,5 раза радиуса скругления режущей кромки. Не соблюдение указанных параметров ведёт к образованию местных задирав и огранки. На базе производства для уменьшения разбивки чаще всего применяют передние и задние направляющие, так же в некоторых случаях положительные результаты дают применение плавающих патронов [2].
Согласно исследованиям Я.Л. Гуревича, который установил, что при обработки стали 08Х18Н9Т наибольшее влияние на шероховатость оказывают: угол в плане, передний угол, угол наклона зубьев и ширина ленточки. Из чего можно сделать вывод, что рекомендуется при развёртывании применять широкий диапазон задних углов а=3...10°, но для чистовой обработки рекомендуется принимать меньшее значение. После доводки на задней поверхности чистовой развертки формируется фаска с задним углом равным 0°, в пределах 0,02...0,12 мм повышающая точность и качество обработки [31.
В исследованиях о влиянии передних углов на величину шероховатости обрабатываемого отверстия присутствует некоторое расхождение в рекомендациях. Так, Т. Галей приводит данные по величине шероховатости при обработке хромоникелевой стали развёртками с разными передними углами, углами в плане и углами наклона винтовой кромки 7=0, 6 и -6°; 1=10, -10° (правая и левая спирали) [41.
При различном сочетании этих геометрических параметров максимальная высота микронеровностей по профилограмме менялась в 20 раз в пределах от 80 до 3 мкм. Также отмечено, что при обработке стали 45 развёртками с геометрией близкой к стандартной а=6°; 7=0°; 1=0°, ф = 0,5° обеспечивается шероховатость Яа=1,25 мкм. Резкое увеличение высоты микронеровностей происходит сразу при увеличении угла в плане. При обработке стали Х13 развёрткой, имеющей а=6...8°; 7=0°; 1=0°, ф = 0,5° получена шероховатость Яа=1,25...0,63 мкм, а при ф = 5° Яа=3,2...2,5. При обработке стандартными развёртками хромникеоевой стали поверхность получалась Яа=3,2 мкм при 7=-3,5°; 1=0°, ф = 4,5° При обработке сталей 08Х18Н9Т и 20Х13 минимальная высота микронеровностей поверхности была получена при переднем угле 7=10...15° и угле в плане ф = 15°. При развертывании стали 30ХГСНА Б.А. Кравченко считает оптимальными, если передний угол т=-5...-10° [51.
По этим причинам в большинстве случаев принято выполнять переднюю поверхность зубьев прямолинейной с передними углами 0...5 в зависимости от физико-механических свойств материала обрабатываемого отверстия. Так, для сталей 20...60 ГОСТ 1050-88 и близкими по характеристикам группам конструкционных сталей рекомендуют 7=0...-5°. Количество зубьев для развертки принимают не менее трёх и определяются, как и глубина стуженной канавки, прочностью и жесткостью развертки и возможностью размещения стружки. Последнее требование, особенно для разверток с винтовым зубьями, может быть выдержано за счёт периодиче-
ского извлечения развертки из обрабатываемого отверстия с последующей очисткой канавок от стружки. Кроме того для чистовых разверток объём стружки может быть незначителен.
Выдающиеся работы В.Ф. Боброва, С.Ф. Хлебова, А.А.Брикса посвящены влиянию угла наклона на качество обрабатываемого отверстия [6].
Виброустойчивость технологической системы является важнейшим показателем, влияющим на качество обработки. Данный раздел в изучении обработки отверстия является одним из самых широко исследуемых в настоящие время. Согласно И.И.Каширину взаимосвязь силы трения и скорости резания является основой возникновения вибраций. С увеличением относительной скорости уменьшается сила трения о поверхность инструмента [7].
А.П.Соколовский считает, что под действием слоя повышенной твердости отталкивание режущего клина при внедрении неравномерной силы резания является причиной приводящей к автокалебательному режиму резаниям [8]. В продолжение данного предположения И. Тлустый и В.А.Кудинов в своих работах рассматривают колебательную систему как систему с двумя степенями свободы. Неоднозначное изменение силы резания по перемещению является причиной вибраций. Инструмент может быть выведен из равновесия случайной причиной и начинает двигаться по радиусу пересечений за счёт фазового отставания силы резания от изменения толщины срезаемого слоя. При анализе условий приводящих к возникновению колебаний при развертывании, показывает что при возникновении неуравновешенной радиальной силы резания появляется автоколебательный процесс, приводящий к огранке [9].
Биение режущей части инструмента, изменение твердости обрабатываемого отверстия и многое другое могут быть причиной ее появления. Действие этой силы приводит к смещению центра вращения инструмента от его оси, В следствие чего на поверхности появляется вырез, который влияет на траекторию движения инструмента. Для снижения огранки в обрабатываемом отверстии рекомендовано применять развертки с неравномерный угловым шагом. Снижению огранки способствует использование разверток с винтовыми зубьями.
Исходя из предварительно проведённого анализа литературы и учитывая сложность влияния на процесс развертовывания большого количества факторов, в настоящее время одним из самых перспективных направлений в исследованиях являются условие базирования инструмента в обрабатываемом отверстии, использование винтовых разверток с целью снижения влияния величин, вызывающих вибрации, и повышение качества обработки.
Обработка ступенчатыми развёртками поверхностей предусматривает в большинстве случаев свободный выход режущих кромок за обрабатываемую поверхность. Кроме этого, при обработке значительных по
длине ступенчатых отверстий в корпусных деталях, при развертывании толщина срезаемого слоя не должна превышать 0,03...0,2 мм. В таком случае процесс развертывания приближается к процессу свободного резания, и влияние краевых зон на процесс формирования стружки является незначительным, что позволяет с большой степенью точности предположить данную идентичность процессов, происходящих в этот момент в различных сечениях обрабатываемого отверстия, а далее рассматривать процесс формирования стружки как деформированное состояние в какой-либо одной плоскости, перенося полученные данные по всей длине обработки.
Обеспечение точности центрирования инструмента при развертывании. Надежное центрирование ступенчатой развертки при обработке ступенчатого отверстия является одним из основных факторов, обеспечивающих точность обрабатываемой поверхности при развертывании. При такой сложности фактического определения значения возмущающих сил АР влияние конструктивных и геометрических параметров режущей части развертки с винтовым зубом на точность обработки можно рассматривать только при сравнении по отношению к работе прямозубой развертки.
Величину колебаний, прикладываемую на хвостовике развертки АРгО, условно можно определить как величину, силы резания АРо по отношению к силе, прикладываемой на хвостовике:
ДРГ = (1)
где 1 - расстояние от конца передней направляющей на первой ступени до края обрабатываемого отверстия; L - расстояние от конца передней направляющей на первой ступени до точки приложенной силы на хвостовике.
Для ориентировочных расчетов, не имеющих конкретных конструктивных параметров развертки, достаточно перенести точку опоры на начало первой ступени инструмента, а силу АР принять равной для всех случаев.
При расположении зубьев вдоль линии действия силы АР можно определить увеличение площади контакта AS по отношению к осевому смещению Ах в направлении силы АР:
AS = f + —. (2)
tga v у
Таким образом, устойчивость ступенчатой развертки с винтовым зубом выше, чем у прямозубой развертки.
Список литературы
1. Определение оптимальной конструкции инструментальной системы и стратегии обработки при реализации фрезерного роботизированного комплекса / В.А. Гречишников, A.B. Исаев, П.М. Пивкин, Ю.В. Илю-
хин, А.А. Воротников // Металлообрабатывающие комплексы и робото-технические системы - перспективные направления научно-исследовательской' деятельности молодых ученых и специалистов сборник научных статей' II Международной молодёжное научно-технической' конференции. 2016. С. 115 - 119.
2. Васин C.A. Прогнозирование виброустойчивости инструмента при точении и фрезеровании. Библиотека инструментальщика. M.: Машиностроение, 2006. 384 с.
3. Гуревич Н.Л. Обрабатываемость нержавеющих сталей на операциях точения, фрезерования и развертывания // Обработка жаропрочных сплавов. М.: Изв-во АН СССР, 1960. С. 214-221.
4. Галей Л.Т. Развертки. М.: Машгиз, 1960. 96 с.
5. Кравченко Б. А. Обработка высокопрочных сталей и сплавов инструментом из сверхтвердых синтетических материалов // Тематический сборник научных трудов Куйбышевского политехнического института. 1980. 177 с.
6. Брикс А.А. Резание металлов. С.-Петербург, 1896. 163 с.
7. Каширин А.И. Вопросы устойчивости рабочего движения при обработке металлов резанием. М.: МАШГИЗ, 1958. С. 24-29.
8. Соколовский А.П. Расчеты точности обработки на металлорежущих станках. М.: Машгиз, 1952. 289 с.
9. Тлустый И. Автоколебания в металлорежущих станках. М.: Машгиз, 1956. 396 с.
10. Маслов А.Р. Приспособления для металлообрабатывающего инструмента: справочник. М.: Машиностроение, 2008. 320 с.
11. Петухов Ю.Е., Водовозов А.А. Математическая модель криволинейной режущей кромки спирального сверла с постоянной стойкостью точек режущей кромки // СТИН. 2014. No 3. С. 8.
12. Коротков И.А., Схиртладзе А.Г., Борискин В.П. Фрезерный инструмент: учебное пособие. Старый Оскол: ООО «ТНТ», 2006. 248 с.
Гречишников Владимир Андреевич, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой, Ittf.stankinagmail.com, Россия, Москва, Московский государственный технологический университет «СТАНКИН»,
Романов Виталий Борисович, канд. техн. наук, доцент, Ittf.stankinagmail.com, Россия, Москва, Московский государственный технологический университет «СТАНКИН»
Куранина Алина Александровна, аспирантка, Alykuz211 Oamail. ru, Россия, Москва, Московский государственный технологический университет «СТАНКИН»
IDENTIFYING RA TIONAL GEOMETRIC PARAMETERS OF STEEP REAMS WITH DIFFERENT DIRECTION OF SCREW TOGETS ON THE FIRST AND SECOND STAGE
FOR PROCESSING STEEP HOLES
V.A. Grechishnikov, V.B. Romanov, A.A. Kuranina
297
The geometric features of two-stage openings designed for processing two-stage openings are studied. Based on the data obtained, the most optimal geometric parameters of the tool are proposed.
Key words: reamer, two-stage reamer, helical tooth, hole, cutting process, cutting force, step hole, cylindrical reamer, tool, angle.
Grechishnikov Vladimir Andreevich, doctor of technical sciences, professor, head of chair, Ittf.stankinagmail.com, Russia, Moscow, Moscow State Technological University «STANKIN»,
Romanov Vitaliy Borisovich, candidate of technical sciences, docent, Ittf.stankinagmail. com, Russia, Moscow, Moscow State Technological University «STANKIN»
Kuranina Alina Aleksandrovna, postgraduate, Alykuz211 Oamail.ru, Russia, Moscow, Moscow State Technological University «STANKIN»
