Спосіб обробки циліндричних отворів двоступінчастим осьовим інструментом

Спосіб обробки циліндричних отворів двоступінчастим осьовим інструментом, який включає обробку з чорновою і чистовою ступенями, який відрізняється тим, що попередню обробку отвору першим ступенем із головним кутом у плані ф1 здійснюють із прямим зрізом, а чистову обробку другим ступенем із головним кутом у плані ф2 - із зворотним зрізом, що досягається при глибині різання на чистовому ступені \2 = kp ' значеннях подачі Ф2 > arcsm де t - глибина різання, яка призначається із технологічних вимог, kg - коефіцієнт перекриття, що гарантує СТІЙКІСТЬ різання, k - коефіцієнт, що враховує умови охолодження, р - радіус округлення різальної крайки, z - число зубів інструмента, при цьому відстань | між чорновим і чистовим ступенем вибирають із співвідношення 240coh f m t - k p ( m + 015) Sn " \ t - k p ( i + 0,5j де h- глибина отвору, п- частота обертання інструмента, ю- коефіцієнт температуропроводності матеріалу, І < m arcsmJ— , де t - глибина різання, яка призначається із технологічних вимог, ко - коефіцієнт перекриття, що гарантує СТІЙКІСТЬ різання, k - коефіцієнт, що враховує умови охолодження, р - радіус округлення різальної крайки, z - число зубів інструменту, при цьому відстань І між чорновим і чистовим ступенем визначається із співвідношення Sn { t - kp(1 + 0,5m) де h - глибина отвору, п - частота обертання інструменту, ш- коефіцієнт температуропроводv ності матеріалу, н і . коефіцієнт зниження температурних деформацій інструмента Сутність винаходу пояснюється кресленням, де на фіг 1 показана геометрія поперечного перетину шару, що зрізається при обробці різанням, на фіг 2 показана геометрія шару, що зрізається при обробці отвору двохступінчатою розверткою, на фіг 3 показаний характер розподілу температур уздовж осі двохступінчатої розвертки При традиційному способі обробки отворів двохступінчатою розверткою і на чорновому і на чистовому ступені здійснюється пряме різання металу уздовж головної різальної крайки, що приводить до відриву елементів стружки від поверхні отвору і, як слідство, до збільшення його шорсткості Винахід заснований на поліпшенні умов обробки за рахунок суміщення лінії різання з оброблюваною поверхнею, що, ВІДПОВІДНО до винаходу, досягається шляхом створення умов для зворотного зрізу на другому чистовому ступені розвертки У результаті цього різання на другому ступені здійснюється допоміжною різальною крайкою на стрічках, що калібрують У цьому випадку зріз стружки відбувається уздовж поверхні отвору, що дозволяє значно зменшити шорсткість обробленої поверхні, а відрив стружки здійснюється головною різальною крайкою Для рішення поставленої задачі необхідно визначити розрахункові залежності умови існування зворотного зрізу на другому ступені, виражені через параметри режимів різання Поперечний перетин шару, що зрізається (Фіг 1а) має вид паралелограма, одна сторона якого, що розташована уздовж площини різання головної різальної крайки, позначається Ь, а нормаль до неї в площині поперечного перетину позначається а При обробці отворів (див фіг 1а) b = t БІПф а=S (1) (2) де t - глибина різання, S z = S/z, z- число зубів розвертки, S - подача, ф- головний кут у плані У випадку прямого зрізу, при якому різання здійснюється уздовж головної різальної крайки, а нерівномірний відрив стружки відбувається уздовж допоміжної, повинно виконуватися умова b > а У випадку зворотного зрізу, при якому різання металу здійснюється допоміжною різальною крайкою (у випадку осьового інструмента - стрічкою, що калібрує), а відрив стружки відбувається уздовж головної різальної крайки, повинна виконуватися умова а > b І у випадку прямого, і у випадку зворотного зрізу поверхня, отримана різанням металу, має значно більш низьку шорсткість, ніж поверхня, отримана в результаті відриву металу У випадку, коли а % Ь, процес різання або відриву металу має нестійкий характер, у результаті чого поверхні, оброблені як головної, так і допоміжної різальними крайками мають високу шорсткість Тому для запобігання нестійкого різання необхідно вводити додатковий коефіцієнт запасу кО, з урахуванням якого умови існування прямого (фіг 1а) і зворотного (фіг 16) зрізу будуть мати ВІДПОВІДНО вигляд b > koa (3) а > kob (4) Дослідження, проведені авторами, показали, що стійке різання металу уздовж головної або допоміжної різальної крайки спостерігається при значеннях коефіцієнта запасу в (3) і (4) ко £ 1,5 Чистова обробка отворів характеризується малими значеннями головного кута в плані ф Як показали дослідження авторів, у цьому випадку (фіг 1в) навіть при виконанні умови (3) довжина контакту інструмента з деталлю уздовж допоміжної різальної крайки перевищує аналогічну довжину контакту уздовж головної різальної крайки, що приводить до нестійкого характеру процесу різання або до зворотного зрізу Тому для малих значень кута ф параметр b у (3) і (4) необхідно порівнювати не з нормаллю а, а з розміром другої 59745 а'= к-|Э = smc сторони P паралелограма шару, що зрізається (фіг 1в) Тоді з урахуванням (1) і (2) умови існування прямого (3) і зворотного (4) зрізу будуть мати ВІДПОВІДНО вигляд > knk-iSz smo, БІПф k i S z БШф > к п БІПф Однак, аналіз роботи осьового інструмента, проведений авторами, показав, що в діапазоні режимів різання, що рекомендується при розвертанні отворів, (0,8 < S < 1,5 мм/об і 0,1 < t k0Szsin^, (5) 2 k0t£Szsin q> (6) Умовою існування прямого зрізу на першому ступені уздовж лінії А-іВі (фіг 2) ВІДПОВІДНО ДО (5) являється t - | > k o S z s i n Ф І ( 7 ) Умовою існування зворотного зрізу уздовж лінії В2С2 на другому ступені ВІДПОВІДНО ДО (6) являється k0Ssm291, (10) а значення подачі, що забезпечує умови прямого зрізу на першому ступені буде дорівнювати (t-kp)z S< (11) к 0 sin ф-j З урахуванням (9) умова (8) має вигляд kokpz arcsm гальна інтенсивність тепловиділення при різанні визначається залежністю Q = 0,039PzVz, (14) де Pz - тангенціальна складова сили різання, Vz - швидкість різання Для двохступінчатої розвертки (фіг За) з урахуванням прийнятих значень параметрів режимів різання тангенціальна складової сили різання для першого і другого ступенів буде ВІДПОВІДНО дорівнювати Pzi =C P z iS z ti = CPziSz(t-kp), (15) Pz2 = C Pz2 S z t 2 = C P z 2 S z kp (16) Швидкість різання для другого ступеня постійна в будь-якій точці площини різання і дорівнює V z 2 =7id 0 n, (17) де do - діаметр обробленого отвору, п - частота обертання інструмента Швидкість різання на першому ступені буде змінюватися від (13) Для усунення негативних теплових ефектів необхідно оцінити вплив тепловиділення в зоні різання на точність обробки Для цього припустимо, що розмір температурного розширення інструменту в зоні різання пропорційний середній температурі в поперечному перетині інструменту в зоні різання, що, у свою чергу залежить від КІЛЬКОСТІ тепла, що надходить в інструмент За до Vi / 1 =7in(d o -2kp) за ЛІНІЙНИМ законом Тому припустимо прийняти, що швидкість різання на першому ступені дорівнює середньому значенню швидкості V z1 = 7 i n ( d - t - k p ) (18) Коефіцієнти Cpz при розвертанні ВІДПОВІДНО ДО досліджень авторів визначаються залежністю Cp z = [(ctan©-tanC)x+ M-aj] що дозволяє, з огляду на приблизно рівні умови роботи двох ступенів, прийняти допущення про те, що Cpzi = Cpz2 = Cpz Тоді, З урахуванням (15)(18) рівняння (14) для першого і другого ступеня прийме ВІДПОВІДНО вигляд Qi = 0,039CPzSz (t-kp)nn(d-t-kp), (19) Q2 = 0,039CPz Szkpndn (20) При поширенні тепла, що виділилося, уздовж осі інструмента інтенсивність теплового потоку від першого і другого теплового джерела буде дорівнювати _ 0,039C Pz S z (t - kp)nn(d - 1 - kp) (21) 0,039C Pz S z kpndn (22) де F - площа поперечного перетину розвертки Для оцінки середніх температур у поперечних перетинах розвертки на першому і другому ступені необхідно знати характер розподілу тепла уздовж осі інструмента Для цього використаємо відоме рішення для розподілу температур уздовж нескінченого стержня з адіабатичними бічними поверхнями від впливу в точці з координатою уи ПОСТІЙНО діючого в поперечному перетині теплового джерела інтенсивністю q (23) 4cot де ш - коефіцієнт температуропроводності матеріалу, А- коефіцієнт теплопровідності Середню температуру в поперечному перетині інструмента в зоні різання будемо визначати як Т=т+т", (24) 59745 де Т - температура в зоні різання даного ступеня від впливу теплового джерела на даному ступені, і" - температура в зоні різання даного ступеня від впливу теплового джерела на сусідньому ступені Для першого ступеня (фіг 36) теплове джерело буде розташовуватися на торці напівнескінченного стержня Поширення тепла в напівнескінченнім стержні з тепловим джерелом інтенсивністю qi на торці розглянемо як поширення тепла в нескінченому стержні від теплового джерела інтенсивністю 2q1 Тоді температура ~Ґі на першому ступені ВІДПОВІДНО ДО (23) при уи = 0 і у = 0 буде дорівнювати (25) т Tit а температура ступенями при у = І, де І - відстань між Для другого ступеня (фігЗв), умови роботи якого аналогічні з умовами нагрівання нескінченого стержня, інтенсивність теплового потоку в (26) можна прийняти рівної q2 Тоді температура Т72 при уи = 0 і у = 0 буде дорівнювати (27) при у = (28) 4cot 2^ Сумуючи (25)-(28) ВІДПОВІДНО ДО (24), одержуємо Т і =-і^ + -^ехр|-А[ (29) 4cot q (ЗО) ехр 4cot ТЦтії. Після перетворень залежності (29) і (ЗО) приймають вигляд і2 Т (31) Т-, (32) Очевидно, що умовою зниження температурних деформацій інструмента в m разів є зниження середньої температури в поперечному перетині другого ступеня в m разів, або Ті = т Т г Тоді з урахуванням (31) і (32) -ехр або ехр q? , = ml — 4cot 2 4сохіп m(t - kp)(d - 1 - kp) - 0,5kpd (t - kp)(d - 1 - kp) - 0,5mkpd 4cot q1-0,5mq2 Перетворимо залежність (33) з урахуванням (21) і (22) (35) 60h де параметр Sn характеризує час обробки отвору глибиною h Розкриваємо в (35) скобки і, з огляду на те, що Р(@' ^ ^ , зневажаємо розмірами другого порядку малості Тоді залежність (35) приймає вигляд 4сохіп m t - kp(m + 0,5) t - kp(1 + 0,5m) (36) або з урахуванням значення т m t - kp(m + 0,5) (37) Sn {t- kp(1 + 0,5m) Реалізацію запропонованого способу розглянемо на прикладі розвертання без охолодження отвору діаметром do = 16 мм і глибиною h = 45 мм у втулці зі сталі 45, коефіцієнт температуропроводності якої дорівнює ш = 0,000008 м2/с, на токарно-револьверному верстаті моделі 1341 двохступінчатою розверткою (фі= 45°, z = 8, р= ЗОмкм) з метою зниження шорсткості обробленої поверхні і зменшення викривлення поздовжнього профілю отвору від прямолінійності в т - 3 рази ВІДПОВІДНО ДО (9) при обробці при відсутності охолодження (к=1) глибина різання на другому ступені буде дорівнювати t2 = кр=1 * ЗО = ЗОмкм Глибина різання для обох ступенів ВІДПОВІДНО до технологічних вимог приймаємо рівною t = 0,2мм Тоді ЗГІДНО З (11) при ко = 1,5 подача, що забезпечує умови прямого зрізу на першому степені буде визначатися залежністю (t-kp)z (0,200-0,030)* 8 S arcsm. -0,5q2 4cot = = (26) а температура m(t - kp)(d - 1 - kp) - 0,5kpd (34) 4cot I (t - kp)(d - 1 - kp) - 0,5mkpd Тоді відстань І між першим і другим ступенем двохступінчатої розвертки, що забезпечує зменшення температурних деформацій інструмента в m разів буде визначатися залежністю ехр = arcsm 59745 10 до 0,25-0,4 мкм (із застосуванням мастильноохолоджуючої рідини) і до 0,5-0,63 мкм (без застосування мастильно-охолоджуючої рідини) При цьому відхилення від прямолінійності при заданому співвідношенні m = 3 фактично склало 2,8 (4,5 мкм проти 12,5 мм при обробці за один прохід) із застосуванням мастильно-охолоджуючої рідини і 2,3 (5,5 мм проти 12,5 мм) без використання мастильно-охолоджуючої рідини дорівнювати |240coh 240 * 0,000008 * 45 J 3*0,2-0,03(3 + 0,5) 0,8 * 265 ^ 0,2 - 0,03(1 + 0,5 * 3) Використання даного способу обробки при розвертанні отвору діаметром d 0 = 16 мм в порівнянні з традиційним способом розвертування такого отвору дало зниження шорсткості з 0,8 мкм і A) И І -- '/і —^ _ —— _— — Ріг З Комп'ютерна верстка М Клюкш Підписано до друку 06 10 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна