Изучение работоспособности сверл с переменным шагом винтовой линии
Аннотация
На сегодняшний в современном машиностроении стоит вопрос о повышении производительности обработки изделий из жаропрочных и композитных материалов (пластмасс). При обработке отверстий таких изделий решающую роль играет повышение жесткости, износостойкости режущего инструмента и, как следствие, снижение брака. Повышение стойкости инструмента возможно двумя путями: улучшением физико-механических характеристик материала режущей части инструмента (например, твердого сплава) или разработкой наиболее рациональной конструкции. Изучение и практическое использование закономерностей процесса резания пластмасс и других композитных материалов, применяемых в машиностроении, позволяет более эффективно управлять им с целью повышения производительности и эффективности обработки. Сравнение закономерностей процесса резания пластмасс с закономерностями процесса резания металлов необходимо лишь для того, чтобы учесть их различие при обработке на металлорежущих станках с использованием металлорежущего инструмента.
Ключевые слова: режущий инструмент, композитные материалы, обработка отверстий.Ключевые слова:
Модели процесса резания могут быть представлены системой математических уравнений, определяющих в каждом конкретном случае оценочную функцию или критерии работоспособности режущих инструментов, а также технические ограничения по кинематике станка, жесткости режущих инструментов и в целом технологической системы, точности обработки и т.д. В качестве критерия оптимизации или работоспособности режущих инструментов могут быть приняты: минимальная стоимость, наибольшая прибыль, т.е. экономические параметры. Однако эти параметры должны учитывать те факторы, которые оптимизируют процессы резания - рациональные режимы, а для работоспособности режущего инструмента - его стойкость и качество обработанных поверхностей, т.е. технические составляющие. Применительно к работе сверлами с переменным шагом винтовой линии такими техническими составляющими, определяющими работоспособность, могут быть интенсивность изнашивания и точность просверленных отверстий.
В работе [1] показано, что производная износа по пути резания в каждый конкретный момент времени резания (или при конкретном значении пройденного пути резания) называют интенсивностями изнашивания или относительным износом поверхности инструмента. В работе [1] показано, что износостойкость инструмента является одним из наиболее важных его качеств, и требования к износостойкости инструмента учитываются при выборе марки инструментального материала, расчете допускаемых режимов резания и назначении рациональных геометрических
параметров инструмента. При этом характеристики износостойкости инструмента определяются [1] при достижении одним или несколькими параметрами износа предельных значений — критериев затупления по задней, либо передней поверхностям. К таким характеристикам относят путь резания, стойкость инструмента и площадь обработанной поверхности [1].
Точность отверстий согласно работе [2] характеризуется отклонением диаметров отверстий (разбивкой их), погрешностью формы в продольном сечении, погрешностью формы в поперечном сечении, уводом оси отверстия.
В этой статье из всех параметров, характеризующих точность глубоких отверстий, принят увод его оси потому, что он, во-первых, характеризует жесткость сверл, а во-вторых, является одним из главных показателей точности глубокого отверстия. Функция по уводу оси отверстия может быть описана выражением:
(1)
где К1— коэффициент, определяемый в зависимости от величины зоны технологического риска;
Δдоп— допускаемое отклонение увода оси отверстия, мм;
Δ— отклонение оси отверстия, полученное при сверлении, мм.
Смысл функции состоит в том, что по мере увеличения увода оси отверстия происходит уменьшение точности; при Δдоп= Δ точность по уводу оси граничит с браком. Дальнейшее увеличение увода оси отверстия приводит к браку.
Согласно методике [2] увод оси отверстия в общем виде может быть записан так:
(2)
где d -диаметр сверла, мм;
Зависимость может быть найдена на основании экспериментов. Дня штрафной функции необходимы соответствующие коррективы; может быть введен коэффициент жесткости сверл К2Тогда функция примет вид:
(3)
Из работы [3] известно, что жесткость сверл возрастает при увеличении диаметра. Однако при определенном диаметре жесткость сверл возможно повысить, используя кондукторные втулки или изменяя конструкцию сверла, например увеличения диаметра сердцевины сверла. Этого можно добиться за счет изменения угла наклона винтовой линии ω, т.е. сделать его переменным по длине режущей части.
В связи с изложенным возникает необходимость в изучении жесткости сверл с переменным шагом винтовой линии, нахождении оптимальной (с точки зрения стойкости сверл) геометрии режущей части; явлений, сопровождающих резание, таких как усадка стружки и коэффициент трения.
Коэффициент усадки стружки определяли весовым методом по формуле:
(4)
где т — масса стружки, г;
lстр— длина стружки, мм;
s— подача, мм/об;
d— диаметр сверла, мм;
q— плотность обрабатываемого материала, г/мм3.
Угол сдвига стружки определяется по формуле:
(5)
где γ- передний угол, град.
Соответственно, коэффициент трения рассчитывали так:
(6)
Проанализировав эти выражения можно прийти к тому, что с увеличением угла наклона стружечных канавок коэффициенты усадки стружки и трения возрастают.
Как было показано ранее, качество отверстий, полученных лезвийными режущими инструментами, может быть оценено отклонением диаметра отверстия, погрешностью формы отверстия в продольном сечении, уводом оси отверстия и шероховатостью поверхности отверстия. Указанные параметры достаточно подробно исследованы в работе [2] при сверлении сверлами стали 45. В связи с этим в статье в качестве оценочного параметра точности отверстий, применяемых для смазки и крепления в корпусных деталях из сталей, относящихся к категории труднообрабатываемых, сделан акцент на увод оси отверстия. Этот параметр может быть использован в качестве штрафной функции [4] при определении экономической эффективности сверления, поскольку является качественным показателем по сравнению с таким количественным показателем, как стойкость сверл. Как качественный показатель, наряду с показателями количественными (стойкостью, жесткостью, прочностью и т.д.), он также может характеризовать работоспособность сверл с переменным шагом винтовой линии.
Проведенные опыты в работе Сериковой М. Г. позволили вывести формулу по оценке увода оси отверстия на длине сверла
(7)
При анализе данной зависимости увода оси отверстия при работе сверлами с переменным шагом винтовой линии необходимо заменить d на dcp – диаметр сердцевины сверла, рассчитываемый по формуле предложенной проф. Гречишниковым В. А.
(8)
После преобразования формула (7) примет вид:
(9)
Данная замена осуществляется из-за того что при переменном шаге винтовой линии сердцевина сверла увеличивается, следовательно это нужно учитывать при расчетах увода оси отверстия при сверлении. Увеличение сердцевины сверла повышает его жесткость и устойчивость к нагрузкам, что благоприятно сказывается при обработке
Жесткость сверл с переменным шагом винтовой линии повышена увеличением их поперечного сечения.
Таким образом, в настоящей статье получена формула для оценки увода оси отверстия в зависимости от параметров режима резания и диаметра сердцевины сверл. Она может быть использована при определении жесткостных характеристик сверл.
Литература:
- 1.Васин С.А., Верещака А.С., Кушнер B.C. Резание материалов. Термомеханический подход к системе взаимосвязей при резании: Учеб. для техн. вузов. — М.: Изд- во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2001. — 446 с.
2.Коноплев В.Н., Урлапов Г П. Повышение стойкости спиральных сверл и метчиков //Вестник машиностроения. — 1969. — № 4. — С. 68- 70.
3.Кацев П.Г. Статистические методы исследования режущего инструмента. —М.: Машиностроение, 1974. — 239 с.
4. Кириллов К.Н., Кириллова О.М. Сверление отверстий в деталях из труднообрабатываемых материалов. — М.: Машиностроение, 1965. — 88 с.