37929

June 10, 2018 | Author: Anonymous | Category: Каталог , Без категории
Share Embed


Short Description

Download 37929 ...

Description

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

№ 2 (14), 2010

Технические науки. Машиностроение и машиноведение

УДК 621.923.048.6

В. О. Трилисский, Г. С. Большаков, А. В. Липов, Е. Н. Ярмоленко ФИНИШНАЯ ОБРАБОТКА СМЕННЫХ МНОГОГРАННЫХ ПЛАСТИН С ЦЕНТРАЛЬНЫМИ ОТВЕРСТИЯМИ Аннотация. Разработана модель вибрационной обработки сменных многогранных пластин режущего инструмента с центральными отверстиями при использовании кассетного барабана, свободно размещенного в рабочей камере. Получены зависимости, позволяющие определять время обработки для получения требуемого радиуса округления режущих кромок сменных многогранных пластин при соответствующих режимах и условиях вибрационной обработки или задавать эти параметры для конкретного станка, обеспечивая минимальное время обработки. Ключевые слова: сменные многогранные пластины, радиус округления режущих кромок, вибрационная обработка, кассетный барабан, абразивная гранула, рабочая камера, вибрационный станок, амплитуда колебаний, частота колебаний. Abstract. The model of oscillation treatment of removable many-sided plates of toolpiece is developed with the central openings and the use of cassette drum, freely placed in a working chamber. Dependences, allowing to determine time of treatment for the receipt of the required radius of rounding off of cuttings edges of removable many-sided plates at the proper modes and terms of oscillation treatment, are got, or to set these parameters for a concrete machine-tool, providing minimum time of treatment. Keywords: removable many-sided plates, radius of rounding off of cuttings edges, oscillation treatment, cassette drum, abrasive granule, working chamber, oscillation machine-tool, amplitude of vibrations, frequency of vibrations.

Введение

В современном машиностроительном производстве в качестве режущей части инструмента широко применяются сменные многогранные пластины (СМП), на долю которых приходится примерно 70 % всей срезаемой стружки. Одной из основных причин выхода таких пластин из строя являются сколы и выкрашивания режущих кромок, что вызвано превышением допустимых значений напряжений в режущем клине. Одним из способов повышения прочности режущего клина твердосплавного инструмента является округление его режущей кромки. Для этих целей ГОСТом 19086–80 предусмотрена возможность вибрационной обработки СМП в среде абразивного наполнителя. Величина радиуса округления  неоднозначно влияет на характеристики процесса резания. Его увеличение повышает прочность режущего клина, но ведет к росту силы резания и температуры рабочих поверхностей СМП [1]. В связи с этим величина  находится в пределах от 0,02 до 0,1 мм и зависит от марки твердого сплава и диаметра вписанной окружности пластины. При вибрационной обработке с размещением деталей и наполнителя в рабочих камерах станков «внавал» возможно появление сколов и выкрашиваний режущих кромок СМП, вызванных их взаимными соударениями. В связи с этим СМП закрепляют в специальных приспособлениях в виде кас-

131

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

Известия высших учебных заведений. Поволжский регион сетных барабанов, имеющих привод от отдельных электродвигателей и устанавливаемых в подшипниковых опорах, смонтированных на торцевых стенках рабочих камер станков [2]. Существенным недостатком применения таких приспособлений является значительное вспомогательное время, необходимое на загрузку-выгрузку СМП и наполнителя, выполняемые на неработающем оборудовании. 1. Технология вибрационной обработки СМП

Для повышения производительности обработки СМП разработана конструкция кассетного барабана для вибрационных станков с U-образной рабочей камерой, позволяющая совмещать вспомогательное время с временем обработки (рис. 1) [3].

а)

б)

Рис. 1. Устройство для вибрационной обработки СМП (а) и конструкция кассетного барабана (б)

СМП 1 устанавливаются на осях 2 кассетного барабана 3, который помещают в рабочую камеру с обрабатывающей средой, состоящей из гранулированного абразивного наполнителя и жидкости специализированного состава (рис. 1). Под действием вибрации обрабатывающая среда приобретает вращательное движение и увлекает барабан внутрь потока, сообщая ему планетарное движение: вращение в объеме рабочей камеры ( 1 ) и вокруг своей оси ( 2 ). Кроме того, каждая из обрабатываемых деталей также вращается вокруг собственной оси ( 3 ). По окончании обработки кассетный барабан заменяется другим без остановки станка, что позволяет совместить вспомогательное время с основным. 2. Модель вибрационной обработки СМП

Для определения времени обработки, необходимого для получения требуемого радиуса округления режущих кромок, разработана модель еди-

132

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

№ 2 (14), 2010

Технические науки. Машиностроение и машиноведение

ничного взаимодействия частицы абразивной гранулы с поверхностью детали. В качестве модели гранулы принята сфера, из которой выступают зерна, как непересекающиеся пирамиды (рис. 2). При этом были приняты следующие допущения: 1. Все физико-механические свойства поверхности детали постоянны, т.е. частица осуществляет микрорезание однородного и изотропного полупространства. 2. Твердость абразивных зерен бесконечно большая по сравнению с твердостью материала детали. 3. В процессе обработки деформаций гранулы и смещения ее абразивных зерен не происходит. 4. В течение одного акта микрорезания геометрия гранулы не изменяется.

Рис. 2. Модель абразивной гранулы

СМП изготавливают из твердых сплавов, которые относятся к хрупким материалам. Съем таких материалов происходит по схеме образования лунок и скалывания без буртов и навалов, характерных для пластичных материалов. Время, необходимое для получения требуемого радиуса округления , определяется по формуле

  β  π 180  β РК   ρ 2  tg  90  РК    2  360   , tобр ρ  QК

(1)

где β РК – угол заострения режущего клина СМП; QК – суммарный съем материала в единицу времени абразивными гранулами с сечения кромки пластины, м 2 с ,

QК  N  K1  q , где K1 – коэффициент, учитывающий число ударов, приходящихся в кромки пластины, 1 м ; N – число ударов абразивных гранул в кромки пластины, 1/ c ;

133

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

Известия высших учебных заведений. Поволжский регион q – объем материала, удаленного при внедрении в поверхность одного абразивного зерна в виде пирамиды, м3, q  5,137  10

2 

F     HV 

3/ 2

,

где F – усилие воздействия абразивной гранулы на СМП, Н; HV – твердость материала пластины по Виккерсу, Па. Для определения усилий воздействия абразивных гранул на СМП F и числа их соударений N, а также для оценки значений коэффициента, учитывающего число соударений, приходящихся в сечение кромки пластины K1 , разработана компьютерная модель движения загрузки в рабочей камере вибрационного станка, позволяющая анализировать поведение обрабатывающей среды и СМП в процессе обработки. Моделирование осуществлялось путем построения в SolidWorks Education Edition твердотельных моделей вибрационного станка и загрузки с последующим расчетом в приложении COSMOS Motion значений F и N. Недостатком разработанной модели являются большие затраты времени на перестроение, расчет и обработку результатов. Кроме того, необходимо наличие дорогостоящих программных пакетов. Все это предопределило необходимость использования метода математического планирования экспериментов для создания на основе расчетов в CAE программе COSMOS Motion зависимостей, удобных для решения практических задач. В результате обработки были получены выражения для определения F (Н) и 1 N   в зависимости от амплитуды А (мм) и частоты f (Гц) колебаний рабоc чей камеры, массы m (г) обрабатываемой СМП и массы mгр (г) абразивной гранулы:

F

0,16 A0,57  m0,83  f 0,84  mГР ; 1164

N

86  f 0,51 0,083 A0,24  m0,63  mГР

.

(2) (3)

Для получения этих зависимостей использовались планы дробного факторного эксперимента вида 24–1 с преобразованием выходного параметра и варьируемых факторов. При этом нижний уровень амплитуды колебаний рабочей камеры принимался равным 1 мм, верхний – 4 мм, частота ее колебаний варьировалась от 16 до 34 Гц, масса СМП – от 20 до 50 г, а масса абразивных гранул – от 0,5 до 5 г. По результатам моделирования установлено, что для всех СМП можно 1 принимать K1  660 . м На рис. 3, 4 приведены графики полученных зависимостей выходных параметров модели вибрационной обработки от массы обрабатываемых СМП и амплитуды колебаний рабочей камеры.

134

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

№ 2 (14), 2010

Технические науки. Машиностроение и машиноведение

Анализ зависимостей усилий воздействия абразивных гранул F и числа соударений N от амплитуды колебаний показывает, что увеличение А приводит к увеличению F. Но в то же время происходит некоторое уменьшение числа соударений в единицу времени, что объясняется разрыхлением обрабатывающей среды. Увеличение массы обрабатываемых СМП ведет к увеличению усилий воздействия и уменьшению числа соударений в единицу времени. Расхождение между значениями, полученными моделированием и рассчитанными по формулам (2) и (3), не превышает 20 %, что подтверждает адекватность полученных зависимостей.

Экспер., m = 21 г По формуле, m = 21 г Экспер., m = 48 г По формуле, m = 48 г

Рис. 3. Зависимости числа N соударений абразивных гранул и обрабатываемых СМП от амплитуды А колебаний рабочей камеры при различной массе обрабатываемых деталей

Экспер., m = 21 г По формуле, m = 21 г Экспер., m = 48 г По формуле, m = 48 г

Рис. 4. Зависимость усилия воздействия F абразивных гранул на обрабатываемые СМП от амплитуды А колебаний рабочей камеры при различной массе обрабатываемых деталей

135

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

Известия высших учебных заведений. Поволжский регион 3. Экспериментальные исследования вибрационной обработки СМП

Для проверки адекватности разработанной модели вибрационной обработки СМП были проведены экспериментальные исследования на вибрационном станке мод. ВМ 12. В кассетном барабане закреплялось 48 СМП для токарного резца MNUM–110304 из двухкарбидного сплава Т15К6 массой 25 г, с первоначальным радиусом округления режущих кромок от 0,02 до 0,04 мкм. Угол заострения режущего клина составлял 90, а твердость материала по Виккерсу 12,2 ГПа. В качестве абразивного наполнителя использовались гранулы ПТ10 электрокорунда белого с зерном 40 мкм массой 2,6 г. В качестве рабочей жидкости применялся 3 % раствор кальцинированной соды. Обработка проводилась при частоте колебаний рабочей камеры 25 Гц и амплитуде 2,5 мм. При проведении экспериментов измерялся радиус округления режущих кромок через каждые 10 мин после начала обработки, а после 60 мин – через каждые 20 мин. За время обработки принималось время достижения максимальной величины , которая должна находиться в пределах от 0,08 до 0,1 мм в соответствии с ГОСТ 19086–80. Для измерения радиуса округления режущих кромок  использовался инструментальный микроскоп мод. ММИ–2 с блоком цифровой индикации мод. УЦМ–1М. На рис. 5 представлены графики зависимостей влияния продолжительности обработки на изменение . Экспериментальная зависимость получена с доверительным интервалом 5 %. Расхождение между экспериментальными и расчетными значениями не превышает 13 %, что подтверждает адекватность разработанной модели вибрационной обработки СМП.

Рис. 5. Зависимость радиуса округления  режущей кромки от времени обработки t

Заключение

Полученные зависимости позволяют для предложенной конструкции кассетного барабана определять время, необходимое для получения требуе-

136

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

№ 2 (14), 2010

Технические науки. Машиностроение и машиноведение

мого радиуса округления режущей кромки СМП при соответствующих режимах и условиях вибрационной обработки, или задавать эти параметры для конкретного станка, обеспечивая минимальное время обработки. Список литературы 1. Т р и л и с с к и й , В. О . Расчет сил резания для инструмента со скругленной режущей кромкой / В. О. Трилисский, Г. С. Большаков // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. – 2007. – № 3. – С. 116–122. 2. А.c. 779039 (СССР), МКИ В24 В 31/06. Устройство для вибрационной обработки деталей / Черногоров Л. Л., Левин И. Н., Цорданиди Г. Г., Резниченко А. Н., Федьковский В. М. ; опубл. 15.11.80, Бюл. № 42. 3. Пат. 2286239 Российская Федерация, С 1 В 24 В 31/06. Устройство для вибрационной обработки деталей / Трилисский В. О., Панчурин В. В., Большаков Г. С. – № 2005126278 ; заявл. 18.07.2005 ; опубл. 27.10.06, Бюл. № 30.

Трилисский Владимир Овсеевич доктор технических наук, профессор

Trilissky Vladimir Ovseevich Doctor of engineering sciences, professor

Большаков Герман Сергеевич кандидат технических наук, доцент, кафедра металлообрабатывающие станки и комплексы, Пензенский государственный университет

Bolshakov German Sergeevich Candidate of engineering sciences, associate professor, sub-department of metal-working machine tools and complexes, Penza State University

E-mail: [email protected] Липов Александр Викторович кандидат технических наук, доцент, кафедра металлообрабатывающие станки и комплексы, Пензенский государственный университет

Lipov Alexander Viktorovich Candidate of engineering sciences, associate professor, sub-department of metal-working machine tools and complexes, Penza State University

E-mail: [email protected] Ярмоленко Елена Николаевна доцент, кафедра металлообрабатывающие станки и комплексы, Пензенский государственный университет

Yarmolenko Elena Nikolaevna Associate professor, sub-department of metal-working machine tools and complexes, Penza State University

E-mail: [email protected]

УДК 621.923.048.6 Трилисский, В. О. Финишная обработка сменных многогранных пластин с центральными отверстиями / В. О. Трилисский, Г. С. Большаков, А. В. Липов, Е. Н. Ярмоленко // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. – 2010. – № 2 (14). – С. 131–137.

137

View more...

Comments

Copyright � 2017 UPDOC Inc.