Удосконалювання збірних комбінованих зенкерів за рахунок припустимого зменшення вузлів кріплення ріжучих пластин

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Донецький державний технічний університет

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Удосконалювання збірних комбінованих зенкерів за рахунок припустимого зменшення вузлів кріплення ріжучих пластин

Сурженко Андрій Миколайович

Спеціальність 05.03.01. - процеси механічної обробки, верстати та інструменти

УДК 621. 9. 029

Донецьк - 2000

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі “Металорізальні верстати та інструменти” у Донецькому державному технічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник:

доктор технічних наук, професор Малишко Іван Олександрович, Донецький державний технічний університет, професор кафедри металорізальних верстатів та інструментів.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Перепелиця Борис Олексійович, Харківський державний політехнічний університет, професор кафедри різання матеріалів та різальних інструментів,

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Гузенко Віталій Семенович, Донбаська державна машинобудівна академія, доцент кафедри металорізальних верстатів та інструментів.

Провідна установа:

Запорізький державний технічний університет Міністерства освіти і науки України, кафедра “Верстати та інструменти”, м. Запоріжжя.

Захист відбудеться 22 лютого 2001 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 11.052.04. у Донецькому державному технічному університеті за адресою: 83000, м. Донецьк, вул. Артема, 58.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Донецького державного технічного університету за адресою 83000, м. Донецьк, вул. Артема, 58.

Автореферат розіслано 18 січня 2001 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

кандидат технічних наук, доцент Івченко Т.Г.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Зростання вартості швидкорізальних сталей і твердих сплавів обумовлює збільшення витрат на виробництво й експлуатацію інструменту. Зменшити витрати можна за рахунок скорочення питомої ваги цих матеріалів у конструкції інструменту.

Існуючі конструкції збірних зенкерів мають громіздкий вузол кріплення, що викликає збільшення розмірів ріжучої пластини, і, відповідно, зростання витрат інструментального матеріалу. Крім того, громіздкий вузол кріплення зменшує розміри стружкових канавок, що ускладнює відвід стружки із зони обробки і викликає її пакетування. Це вимагає робити додаткові виводи інструменту для її видалення, що веде до зниження продуктивності обробки отворів.

Існуючі конструкції збірних зенкерів із багатогранними непереточуваними пластинами не завжди гарантують малий вузол кріплення й оптимальні геометричні параметри ріжучої частини, що погіршує умови різання і транспортування стружки. Найбільш істотно ці недоліки виявляються в комбінованих зенкерах, де зрізаються великі об'єми матеріалу.

З огляду на те, що зенкери є найбільше поширеним інструментом після свердел, у якості об'єкта досліджень прийнятий даний вид інструменту.

Усунення недоліків, властивих існуючим конструкціям збірних комбінованих зенкерів, можливо за рахунок розробки форми ріжучої пластини і вузла її кріплення з мінімальними параметрами шляхом мінімізації сил, які сприймаються елементами кріплення. Це забезпечить збільшення розмірів стружкових канавок і поліпшить відвід стружки.

Методика мінімізації сил, що діють на вузол кріплення, може бути здійснена на основі методів математичного моделювання роботи зенкерів.

У дисертаційній роботі пропонується зменшення витрат на інструмент за рахунок уніфікації основних конструктивних елементів зенкера.

Зв'язок роботи з науковими програмами кафедри. Виконана робота здійснена в рамках державної теми Г-2-94 (реєстраційний номер ) і є складовою частиною наукових досліджень - розробка теорії проектування комбінованих зенкерів, що проводить кафедра “Металорізальні верстати та інструменти”.

Мета роботи і задачі досліджень. Мета роботи - вдосконалювання збірних комбінованих зенкерів за рахунок припустимого зменшення вузлів кріплення ріжучих пластин, що забезпечує економію інструментальних матеріалів і поліпшення умов для розміщення і транспортування стружки.

Для реалізації поставленої мети необхідно вирішити такі задачі:

1. Розробити аналітичну модель, що встановлює функціональні зв'язки між головним заднім кутом, лімітуючою товщиною ріжучої пластини зенкера, величиною подачі і розмірами отвору.

2. Запропонувати модель, що описує функціональні зв'язки між граничною товщиною ріжучої пластини зенкера, кінематикою процесу і допоміжним заднім кутом інструмента.

3. На основі аналізу моделей, що встановлюють функціональні зв'язки між товщиною ріжучої пластини, кінематикою процесу зенкерування і геометрією інструмента з робочими процесами, визначити оптимальні геометричні параметри і форму пластини.

4. Розробити аналітичну модель сил, що діють на ріжучу пластину, яка визначає функціональні зв'язки між параметрами вузла кріплення, її формою, геометрією інструмента і режимами різання.

5. На основі аналізу сил, що діють на ріжучу пластину, визначити оптимальне сполучення форми і розмірів ріжучої пластини зенкера з метою мінімізації сил закріплення, а отже, і параметрів її кріпильної частини.

6. Визначити вплив параметрів вузлів кріплення на розміри стружкових канавок і умови відводу стружки.

7. Розробити алгоритм проектування збірних комбінованих зенкерів.

8. Експериментально встановити якісний зв'язок між силою закріплення, що діє на ріжучу пластину, і режимами різання.

9. Експериментально визначити вплив методу кріплення ріжучої пластини зенкера на розбивання оброблених ним отворів і стійкість його ріжучої частини.

10. Розробити рекомендації по проектуванню і впровадженню збірних комбінованих зенкерів.

Методи досліджень. Об'єкти дослідження - конструктивні і геометричні параметри збірних комбінованих зенкерів, змінних ріжучих пластин і їхніх вузлів кріплення.

Предмет досліджень - функціональні зв'язки між конструктивними і геометричними параметрами пластини і вузла її кріплення з робочими процесами, що протікають при зенкеруванні.

В якості методів дослідження використовувалося математичне моделювання на базі трьох видів моделей: вербальної, аналітичної і емпірико-статистичної.

Вербальна (словесна) модель передувала аналітичній. Словесний опис взаємодії робочих процесів із геометричними і конструктивними параметрами робить аналітичну модель більш наочною. Це дозволяє забезпечити більш високу адекватність аналітичної моделі до фізичної.

Адекватність аналітичних моделей перевірялася на емпірико-статистичних моделях.

Наукова новизна отриманих результатів:

1. Вперше на основі аналітичної моделі, що встановлює функціональні зв'язки між кінематичним головним заднім кутом, величиною подачі і розмірами отвору, визначена товщина ріжучої пластини, що виключає затирання головної задньої поверхні, значення якої визначається залежністю:

.

2. Вперше встановлено, що при рівності кутів на головній і допоміжній задніх поверхнях визначальним для вибору товщини ріжучої пластини є розмір допоміжного заднього кута, при цьому лімітуюча товщина пластини визначається залежністю:

.

3. На основі математичної моделі сил, що діють на ріжучу пластину збірного комбінованого зенкера, одержало подальший розвиток положення, що існує таке розташування її опорних поверхонь, при якому сили різання врівноважуються силами тертя.

4. Вперше встановлено, що максимальне навантаження, яке діє на гвинт вузла кріплення ріжучої пластини зенкера, спостерігається в період врізання й обумовлено фазовим зрушенням між постійними часу збільшення сили P_z і рівнодіючою сил P_x і P_y.

Практичне значення отриманих результатів:

- на основі аналітичних моделей кінематики руху зенкера визначені межі використання ріжучих пластин з одноплощинним і двоплощинним заточенням задньої поверхні;

- встановлена мінімально припустима межа діаметрів зенкерів, що можуть виготовлятися збірними зі змінними ріжучими пластинами;

- припустиме зменшення параметрів вузла кріплення дозволило зменшити розміри ріжучої пластини, завдяки чому скорочуються витрати швидкорізальної сталі в 1,5 - 2 рази;

- розроблені рекомендації по проектуванню збірних комбінованих зенкерів використовуються на ВАТ “Вінницький інструментальний завод” і ВАТ “Горлівський машинобудівний завод”. Економічний ефект від впровадження й експлуатації запропонованих конструкцій збірних комбінованих зенкерів складе 23200 гривень у рік.

Особистий внесок здобувача. Основні положення і результати дисертаційної роботи отримані автором самостійно.

Апробація роботи. Основні положення і результати роботи доповідалися: на Міжнародній науково - технічній конференції “Прогресивна техніка і технології машинобудування” (Україна, м. Севастополь, 1995 р.); на Міжнародній науково - технічній конференції “Сучасні проблеми машинобудування і технічний прогрес” (Україна, м. Севастополь, 1996 р.); на Міжнародній науково - технічній конференції “Прогресивні технології машинобудування і сучасність” (Україна, м. Севастополь, 1997 р.); на Міжнародній науково - технічній конференції “Машинобудування і техносфера на рубежі XXI століття” (Україна, м. Севастополь, 1998 р.).

Робота обговорена і схвалена на розширеному науково - технічному семінарі кафедри “Металорізальні верстати та інструменти” ДонДТУ, протокол № 16 від 15 червня 2000 р.

Публікації. Основний зміст роботи відображений в 5 наукових статтях, 4 тезах доповідей.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, п'ятьох розділів і висновків наприкінці кожного розділу, загальних висновків, списку використаних джерел, що складає 97 назв, додатків. Обсяг роботи складає 201 сторінку основної частини, додатків - 51 сторінку, рисунків - 59, таблиць - 37.

1. Основний зміст роботи

зенкер кріплення товщина ріжучий пластина

У вступі дана характеристика роботи.

В першому розділі зроблений аналіз існуючих конструктивних і геометричних параметрів збірних зенкерів, а також форм і розмірів змінних ріжучих пластин, конструкцій вузлів кріплення ріжучої частини інструментів. На підставі аналізу визначена мета роботи і задачі досліджень.

Встановлено, що недоліком існуючих конструкцій збірних зенкерів є громіздкий вузол кріплення і великі габарити пластини, що веде до подорожчання інструмента, не дозволяє застосувати збірну конструкцію для малих діаметрів зенкерів, обмежує простір для відводу і розміщення стружки. Витрати, пов'язані з проектуванням і виробництвом зенкерів, можна скоротити за рахунок розробки збірних конструкцій інструментів з мінімальними й уніфікованими розмірами вузлів кріплення ріжучих пластин. Існуючі методи кріплення ріжучих пластин не дозволяють зменшити розміри вузла кріплення, а це є обмежуючим чинником на шляху припустимого зменшення пластини.

В другому розділі на основі математичного моделювання кінематики руху зенкера встановлений взаємозв'язок між припустимою товщиною ріжучої пластини зенкера і діаметром отвору, геометричними параметрами ріжучої частини і величиною подачі.

Для вилучення затирання головної задньої поверхні зенкера необхідно забезпечити відсутність затирання цієї поверхні і поверхні різання на всьому їхньому протязі.

Відсутність затирання головної задньої поверхні з поверхнею різання у головної ріжучої кромки забезпечується, якщо кут руху буде менше статичного головного заднього кута зенкера . Значення кута руху визначається залежністю:

, (1)

де r - радіус інструмента;

S - подача зенкера.

Чисельний аналіз залежності (1) показав, що діапазону діаметрів зенкерів від 10 до 120 мм, із максимальним значенням подачі, що рекомендується, відповідає визначене значення максимального кута руху. Так для = 10 мм - , а для =120 мм - .

При значенні статичного головного заднього кута зенкера порядку гарантована відсутність затирання головної задньої поверхні у головної ріжучої кромки для будь-якого діаметра інструмента.

На наступному етапі досліджень установлено, що кут руху , менший головного статичного заднього кута зенкера , не гарантує відсутність затирання головної задньої поверхні інструмента на всьому її протягу. Головна задня поверхня змінної ріжучої пластини зенкера, як правило, формується по площині, тому існує ймовірність перетинання її з гвинтовою поверхнею різання (рис. 1). Можливість такого контакту встановлюється залежністю, що визначає припустиму товщину ріжучої пластини:

, (2)

де - кут загострення ріжучої пластини;

l - максимально припустима протяжність головної задньої поверхні.

Значення l визначається за спрощеною залежністю:

, (3)

де R - радіус кола, по якому рухається точка головної ріжучої кромки ;

;

- головний кут у плані.

На підставі залежності (3) встановлено, що для збірних зенкерів діаметрів мм з і для мм із при максимальному значенні рекомендованої подачі існує ймовірність затирання головної задньої поверхні з поверхнею різання на відстані l від головної ріжучої кромки зуба інструмента.

Дослідження показали, що затирання можливе і на допоміжній задній поверхні. Контакт допоміжної задньої поверхні з обробленою поверхнею отвору визначається значенням граничної товщини пластини, обумовленим із залежності:

, (4)

де R - радіус інструмента;

- допоміжний задній кут,

- кут нахилу стружкової канавки;

f - ширина стрічки.

Чисельний аналіз залежностей (2) і (4) показав, що при рівності задніх кутів на головній і допоміжній задніх поверхнях, лімітуюча товщина пластини зенкера, що виключає затирання цих граней, визначається допоміжним заднім кутом (див. залежність (4).

Залежності (2) і (4) дозволяють визначити межі одноплощинного заточення головної і допоміжної задніх поверхонь ріжучих пластин зенкерів.

Приведені графічні залежності максимально припустимої товщини ріжучої пластини від радіуса інструмента для головних задніх кутів , рівних і . Лінії графіків обмежують області одноплощинного та двоплощинного заточення ріжучої пластини. При товщині пластини, значення якої знаходиться нижче лінії графіків, головні задні кути гарантовано забезпечують відсутність затирання головної задньої поверхні інструмента при будь-якому сполученні параметрів режимів різання.

У третьому розділі на основі розробленої математичної моделі сил, що діють на ріжучу пластину і вузол кріплення зенкера, установлені функціональні зв'язки між геометрією інструмента, формою і розмірами ріжучої пластини і вузла кріплення, і силами, що діють на них.

На основі моделі сил визначено, що сила, яка діє на гвинт, визначається так:

, (5)

Реакція на скошеній опорній поверхні, викликана силами різання:

, (6)

Аналіз залежностей (5), (6) показав, що припустиме зменшення параметрів вузла кріплення і, відповідно, розмірів пластини можна здійснити за рахунок зменшення дії сили на гвинт.

Зменшення сили, що діє на гвинт, здійснюється шляхом перерозподілу навантаження, створюваного силами різання, між опорними поверхнями пластини і гвинтом.

Встановлено, що оптимальний перерозподіл навантаження між елементами вузла кріплення забезпечується формою і розмірами ріжучої пластини зенкера, як-от, положенням (параметри , і ) і розмірами (параметри , і ) скошеної опорної поверхні ріжучої пластини, розташуванням осей гвинта й отвору в ріжучій пластині щодо опорних поверхонь паза корпуса інструмента (параметри і e), а також коефіцієнтами тертя , у місцях контакту пластини з пазом корпуса зенкера. Так, при значеннях параметрів = 70. . . 80 ; = 45...50 ; = 40 . . . ; <2 мм; =10 мм, у сталому процесі різання, гвинт не зазнає навантаження і реакція опори мінімальна.

Збільшення значень коефіцієнтів тертя і також сприяє створенню умов для надійного утримання ріжучої пластини в пазу корпуса інструмента силами тертя.

Таким чином, у сталому процесі сили різання врівноважуються не кріпильним гвинтом, а силами тертя, що мають відповідну спрямованість за рахунок визначеного положення опорних поверхонь пластини щодо ріжучих кромок. У цьому випадку гвинт не сприймає навантаження.

Відомо, що в момент врізання інструмента існує фазове зрушення між постійними часу збільшення складової сили різання і рівнодіючої сил і .

Для процесу зенкерування постійна часу відставання збільшення рівнодіючої сил і в 1,1. . . 2,2 рази більше постійної часу сили . Модель сил, що діють на ріжучу пластину, дозволила встановити, що в період врізання зенкера гвинт зазнає різке збільшення навантаження. Стрибок навантаження, що діє на гвинт вузла кріплення ріжучої пластини, у період фазового зрушення обумовлений зменшенням сил кріплення пластини, у більшій мірі залежних від складових сили різання і , коли більше радіусу скруглення леза.

У четвертому розділі виконані експериментальні дослідження конструкцій збірних комбінованих зенкерів, форма і розміри ріжучих пластин і вузлів кріплення яких спроектовані на підставі досліджень, поданих у попередніх розділах роботи.

Експериментальні дослідження еквівалентної сили закріплення , що діє на гвинт в осьовому напрямку, показали, що вона має непостійний характер і залежить від фази процесу обробки. У момент введення інструмента в зону різання спостерігається різкий стрибок сили . При подальшому русі зенкера, супроводжуваному введенням у роботу всієї довжини головної і допоміжної ріжучих кромок пластини, відбувається зменшення сили, що діє на гвинт, практично до нуля. Таким чином, при сталому процесі різання все навантаження, викликане силами різання, сприймається не гвинтом, а силами тертя на базових опорних поверхнях пластини.

Експериментальне значення сили (рис. 3) визначалося в залежності від максимального значення сили із виразу:

, (7)

де - коефіцієнт, що враховує функціональний зв'язок .

Аналітична модель сил, що діють на ріжучу пластину зенкера, як уже відзначалось раніше, дозволяє врахувати фазове зрушення між збільшенням складових сили різання.

Встановлено, що теоретичне значення сили , знайдене в період фазового зрушення, при заданих параметрах режимів різання відповідає максимальному експериментальному значенню сили закріплення, визначеному в залежності від сили з використанням виразу (7), і знаходиться в довірчому інтервалі експериментальних даних.

Похибка між теоретичними й експериментальними результатами коливалася в інтервалі від 4,8 % до 20%.

Отже, розроблена математична модель адекватно відбиває процеси, що відбуваються у вузлі кріплення ріжучої пластини зенкера.

Виконані експериментальні дослідження дозволили встановити вплив режимів різання на розбивання отворів і стійкість ріжучої частини зенкера.

Розбивання отворів, оброблених збірним зенкером запропонованої конструкції, склало 0,06. . .0,28 мм, що відповідає дев'ятому квалітету, при економічній точності обробки інструментом такого ж типорозміру, рівній 0,17. . . 0,34 мм, що відповідає десятому квалітету.

У результаті стійкістних випробувань збірного і напаяного комбінованих зенкерів установлено, що стійкість ріжучої частини збірного інструмента на 30% перевищує стійкість складового (напаяного) зенкера.

У п'ятому розділі, виходячи з розмірів оброблюваних отворів і умов заповнення стружкових канавок, визначені розміри основних конструктивних елементів збірних комбінованих зенкерів.

Обґрунтований мінімально припустимий діаметр збірного зенкера із вузлом кріплення ріжучої пластини запропонованої конструкції. Він дорівнює 22 мм, що менше діаметра існуючих конструкцій збірних зенкерів зі вставними ножами, що складає 28 мм.

Встановлено закони розподілу діаметрів d і довжини l ступенів інструментів, що мають вид:

 (8)

(9)

де , - члени ряду арифметичної прогресії з непарним порядковим номером;

, - члени ряду арифметичної прогресії з парним порядковим номером;

, - перші члени непарного ряду;

, - перші члени парного ряду;

- непарний номер члена ряду арифметичної прогресії;

- парний номер члена ряду арифметичної прогресії;

, - різниці арифметичних прогресій.

У залежності від габаритних розмірів ріжучої частини комбінованого зенкера, глибини стружкової канавки і параметрів режимів різання встановлена залежність, що визначає припустиму глибину ступеня отвору, оброблювану без технологічних виводів інструмента:

(10)

де z - число зубів насадного зенкера,

- довжина ріжучої частини насадного зенкера,

- діаметр інструмента,

t - глибина зенкерування,

- ширина стружкової канавки,

- коефіцієнт заповнення стружкової канавки.

На підставі порівняльного аналізу розмірів стружкових канавок збірних зенкерів установлено, що розроблена конструкція зенкера має більшу площу поперечного перетину стружкової канавки, ніж інструмент, у якому ріжучі пластини кріпляться за рахунок рифлення. В інтервалі діаметрів зенкерів від 30 до 55 мм площа поперечного перетину стружкової канавки зенкера запропонованої конструкції перевищує таку ж площу стружкової канавки зенкера з напаяними зубами, а для діаметрів більших 55 мм співвідношення між площами стружкових канавок зворотне. Таким чином, розроблені конструкції збірних зенкерів, у яких ріжуча пластина кріпиться за рахунок сил тертя на опорних поверхнях і гвинтом, можна ефективно використовувати як у малорозмірному, так і у великорозмірному інструментах.

На підставі виконаних теоретичних і експериментальних досліджень розроблені алгоритм і рекомендації по проектуванню збірних комбінованих зенкерів із мінімальними й уніфікованими розмірами ріжучих пластин і їхніх вузлів кріплення, що дозволяють заощаджувати дорогі інструментальні матеріали і розширити типорозміри зенкерів збірної конструкції убік малорозмірних інструментів.

Розроблені рекомендації впроваджені на Горлівському машинобудівному і Вінницькому інструментальному заводах. Економічний ефект на Горлівському машинобудівному заводі за рахунок скорочення витрати дорогих інструментальних матеріалів у 1,5 - 2 рази, багатократного використання корпусів зенкерів і уніфікованих оправлень у 1998 році склав 12200 гривень. На Вінницькому інструментальному заводі за рахунок усунення необхідності додаткового підточування головної задньої поверхні зенкера заощаджується 0,55 грн. на одному інструменті. Очікуваний економічний ефект, при програмі випуску 20000 штук, складе 11000 гривень у рік.

Сумарний економічний ефект від впровадження й експлуатації збірних комбінованих зенкерів запропонованих конструкцій складе 23200 гривень у рік.

Основні висновки

1. У дисертаційній роботі на основі аналітичних і експериментальних досліджень робочих процесів, що протікають при зенкеруванні, вирішена актуальна задача розробки принципів проектування збірних комбінованих зенкерів, що дозволяє створити методики їхнього розрахунку, реалізація яких зробить істотний внесок у розвиток машинобудівного виробництва.

2. Розроблено аналітичну модель функціональних зв'язків між величиною подачі, розмірами отвору і параметрами ріжучої пластини зенкера, на підставі якої встановлено, що для діаметрів отворів від 10 до 120 мм і в діапазоні подач 0,9 . . . 2,4 мм/об існують значення головних задніх кутів інструмента, при яких відсутнє затирання головної задньої поверхні з поверхнею різання.

3. На підставі аналітичної моделі функціональних зв'язків між товщиною ріжучої пластини і допоміжнім заднім кутом встановлено, що для виключення затирання допоміжної задньої поверхні збірного зенкера з обробленою поверхнею товщина пластини повинна відповідати діаметру оброблюваного отвору. Так, для значення кута мінімальному діаметру зенкера =10 мм відповідає граничне значення товщини ріжучої пластини, рівне =1,67 мм, а при = 120 мм - = 20,07 мм.

4. Розроблено модель сил, діючих на ріжучу пластину збірного зенкера, що дозволила вибрати оптимальне розташування базових опорних поверхонь пластини і, відповідно, направити дію сил тертя протилежно дії сил різання, завдяки чому сили різання врівноважуються силами тертя.

5. Теоретично обґрунтована і розроблена конструкція вузла кріплення ріжучої пластини, що дозволяє гранично зменшити розміри затискних елементів, що дало можливість розширити номенклатуру збірних зенкерів убік малих розмірів, до 22 мм.

6. Встановлено, що розміри стружкових канавок зенкерів із запропонованою конструкцією вузла кріплення ріжучої пластини перевершують розміри стружкових канавок зенкерів із кріпленням ріжучих уставок рифленнями в діапазоні діаметрів 50 . . . 100 мм і напаяні - у діапазоні діаметрів 30. . . 55 мм.

7. Розроблено алгоритм проектування, що дозволяє визначити оптимальні співвідношення між діаметром, довжиною і розмірами стружкових канавок збірних зенкерів, а також розміри вузла кріплення і ріжучої пластини.

8. Теоретично встановлено та експериментально підтверджено, що максимальне навантаження, яке діє на гвинт вузла кріплення ріжучої пластини, спостерігається в період врізання ріжучої частини, це обумовлено фазовим зрушенням між постійними часу збільшення сил і рівнодіючої сил і .

9. Визначено, що розбивання отворів, оброблених збірним комбінованим зенкером запропонованої конструкції, складає 0,06. . .0,28 мм, що відповідає дев'ятому квалітету, у той час як точність обробки існуючим інструментом складає 0,17. . .0,34 мм, що відповідає десятому квалітету. Стійкість ріжучої частини запропонованої конструкції збірного комбінованого зенкера на 30% перевищує стійкість напаяного інструмента.

10. На основі виконаних досліджень розроблені рекомендації по проектуванню збірних комбінованих зенкерів, що впроваджені на ВАТ “Вінницький інструментальний завод” і ВАТ “Горлівський машинобудівний завод”.

Очікуваний річний економічний ефект від впровадження й експлуатації запропонованих конструкцій збірних комбінованих зенкерів складе 23200 гривень у рік.

Основні публікації

1. Сурженко А.Н. Определение лимитирующей толщины режущей пластинки из условия кинематики протекания процесса зенкерования // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Сб. науч. тр. - Донецк: ДонГТУ, 1997. - Вып. 4. - С. 159 - 165.

2. Сурженко А.Н. Аналитическая модель закрепления сменной режущей пластины зенкера // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Межд. сб. науч. тр. - Донецк: ДонГТУ, 1998. - Вып. 5. - С. 209 - 215.

3. Малышко И.А., Сурженко А.Н. Влияние конструктивных и геометрических параметров зенкера на лимитирующую толщину режущей пластины // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Межд. сб. науч. тр. в 3-х т.- Донецк: ДонГТУ, 1998. - Вып. 6. Т.2. - С. 187 - 190.

4. Сурженко А.Н. Влияние формы режущей пластины сборного зенкера на усилие закрепления // Надiйнiсть iнструменту та оптимiзацiя технологiчних систем: Зб. наукових праць. - Краматорськ: ДДМА, 1999. - Вип.9. - С. 39 - 44.

5. Малышко И.А., Сурженко А.Н. Структура модели проектирования сборных комбинированных зенкеров // Надежность режущего инструмента и оптимизация технологических систем: Науч. - техн. сб. - Краматорск: ДГМА, 1999. - Вып. 8. - С. 39 - 45.

Особистий внесок здобувача в роботах [3,5], виконаних автором у співавторстві: у роботі [3] автором виконаний розрахунок на основі чисельного аналізу лімітуючої товщини ріжучої пластини зенкера в залежності від головного заднього кута інструмента і його діаметра; у роботі [5] - здобувачу належить розробка алгоритму проектування збірних комбінованих зенкерів.

Анотація роботи

Сурженко А.Н. “Удосконалення збiрних комбiнованих зенкерiв за рахунок припустимого зменшення вузлiв крiплення рiжучих пластин”. - Рукопис.

Дисертацiя на здобуття наукового ступеня кандидата технiчних наук за спецiальнiстю 05.03.01. - процеси механiчної обробки, верстати та iнструменти. - Донецький державний технiчний унiверситет, 2000 р.

Дисертацiя присвячена питанням економiї iнструментальних матерiалiв, розширенню номенклатури збiрних зенкерiв у бiк малих розмiрiв i збiльшенню пропускної спроможностi стружкової канавки. Задачi вирiшувалися шляхом припустимого зменшення параметрiв вузлiв крiплення рiжучих пластин збiрних комбiнованих зенкерiв.

Припустиме зменшення параметрiв вузла крiплення досягнуто на базi аналiтичного моделювання процесiв зенкерування, за рахунок усунення додаткових сил, що пов'язанi із затиранням головної i допомiжної заднiх поверхонь, i зменшення навантаження, що дiє на гвинт крiплення, яке викликається безпосередньо силами рiзання. Затирання заднiх поверхонь пластини усунено шляхом визначення оптимальної геометрiї рiжучої частини iнструмента. Зменшення навантаження, що дiє на гвинт, здiйснено за рахунок вибору форми i розмiрiв пластини, при яких сили рiзання компенсуються силами тертя на опорних поверхнях пластини.

Основнi результати роботи одержали апробацiю i знайшли промислове застосування як рекомендацiї по проектуванню збiрних комбiнованих зенкерiв на ВАТ “Вiнницький iнструментальний завод” i ВАТ “Горлівський машинобудiвний завод”.

Ключовi слова: заднiй кут зенкера, вузол крiплення рiжучої пластини зенкера, математична модель, алгоритм проектування.

Аннотация

Сурженко А.Н. “Совершенствование сборных комбинированных зенкеров за счет допустимого уменьшения узлов крепления режущих пластин”. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.03.01. - процессы механической обработки, станки и инструменты. - Донецкий государственный технический университет, 2000 г.

Диссертация посвящена вопросам экономии инструментальных материалов, расширению номенклатуры сборных зенкеров в сторону мелкоразмерных инструментов и увеличению пространства для размещения и отвода стружки из зоны резания. Задачи решались путем допустимого уменьшения параметров узлов крепления режущих пластин сборных комбинированных зенкеров.

Допустимое уменьшение параметров узлов крепления достигается за счет устранения дополнительных сил, вызываемых затиранием главной и вспомогательной задних поверхностей, и уменьшения нагрузки, действующей на винт узла крепления.

Определение условий, обеспечивающих отсутствие затирания главной и вспомогательной задних поверхностей, осуществлено на основе аналитического моделирования кинематики процесса зенкерования.

Аналитическое моделирование кинематики процесса зенкерования позволило установить, что положительное значение кинематического главного заднего угла гарантирует отсутствие затирания главной задней поверхности зенкера у режущей кромки, но не гарантирует отсутствие затирания на всей ее протяженности. Вследствие заточки главной задней поверхности режущей пластины зенкера по плоскости существует вероятность затирания ее с винтовой поверхностью резания на определенном расстоянии от режущей грани. Аналитические модели кинематики процесса зенкерования позволили установить, что возможность затирания определяется толщиной режущей пластины, режимами резания и главным задним углом. С ростом подачи, от 0,9 до 2,4 мм/об, и толщины режущей пластины вероятность затирания главной задней поверхности с поверхностью резания возрастает.

На основании модели функциональных связей между толщиной режущей пластины зенкера, кинематикой процесса и вспомогательным задним углом установлено, что затирание возможно и на вспомогательной задней поверхности. В данном случае вероятность касания вспомогательной задней поверхности с обработанной поверхностью возрастает с увеличением толщины режущей пластины и уменьшением диаметра обработанного отверстия от 160 мм до 10 мм.

Сравнительный анализ значений толщины режущей пластины, исходя из условия отсутствия затирания главной и вспомогательной задних поверхностей, позволил установить, что при равенстве главного и вспомогательного задних углов определяющим фактором при расчете лимитирующей толщины режущей пластины является затирание на вспомогательной задней поверхности.

Уменьшение нагрузки, действующей на винт крепления, осуществлено на базе модели сил, действующих на режущую пластину и узел крепления. Модель позволила определить форму и размеры сменной режущей пластины зенкера, при которых силы резания в установившемся процессе воспринимаются соответственно направленными силами трения на опорных поверхностях пластины, а не винтом. Следовательно, оказалось возможным уменьшить размеры винта, и, соответственно, существенно уменьшить размеры пластины.

С целью подтверждения результатов теоретических исследований сборный зенкер с минимально возможными размерами узла крепления, и, соответственно, режущей пластины подвергся экспериментальным испытаниям, в процессе которых установлено, что нагрузка, действующая на винт, зависит от фазы процесса. Максимальная сила, воспринимаемая винтом, наблюдается в период врезания режущей части инструмента и обусловлена фазовым сдвигом между приращением составляющей силы резания и равнодействующей сил. Постоянная времени отставания приращения равнодействующей сил в 1,1 - 2,2 раза больше постоянной времени силы.

Таким образом, в период фазового сдвига уменьшаются силы крепления пластины, что вызывает действие нагрузки на винт. Аналитическая модель сил, действующих на режущую пластину, позволяет учесть это явление и определить максимальную нагрузку, воспринимаемую винтом.

Экспериментальными исследованиями подтверждена работоспособность зенкера предложенной конструкции. Разбивание отверстий составило 0,06...0,28 мм, что соответствует точности обработки существующими конструкциями зенкеров. Результатом стойкостных испытаний явился сравнительный анализ стойкости сборного и напайного комбинированных зенкеров. Экспериментально установлено, что стойкость режущей части сборного зенкера на 30 % превышает стойкость составного (напайного) зенкера.

На основании выполненных теоретических и экспериментальных исследований разработаны принципы конструирования сборных зенкеров с минимально возможными размерами узла крепления, и, соответственно, режущей пластины. Допустимое уменьшение параметров узла крепления позволило расширить номенклатуру сборных зенкеров в сторону мелкоразмерных инструментов. Минимальный диаметр составил 22 мм.

На основании принципов конструирования разработаны алгоритм и рекомендации по проектированию сборных комбинированных зенкеров с минимальными и унифицированными размерами режущих пластин и их узлов крепления, которые позволяют экономить дорогостоящие инструментальные материалы и увеличить пропускную способность стружечной канавки.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований получили апробацию и внедрены на Горловском машиностроительном и Винницком инструментальном заводах.

Суммарный экономический эффект от внедрения и эксплуатации сборных комбинированных зенкеров предложенных конструкций составит 23200 гривен в год.

Ключевые слова: задний угол зенкера, узел крепления режущей пластины, математическая модель, алгоритм проектирования.

Summary

Surzhenko A.N. “Perfecting of modular combined end reamers at the expense of a permissible abatement of mounting points of cutting laminas”. - Manuscript.

The dissertation for the degree of the candidate of Technical Sciences on speciality 05.03.01. - processes of technical machining, lathes and tools - Donetsk State Technical University, 2000.

The thesis is dedicated to problems of economies of tool stuffs, dilating of the nomenclature of modular end reamers in the party small-sized size of tools and increase of throughput capacity swaft groove. The problems were decided by a boundary abatement of parameters of mounting points of cutting laminas of modular combined end reamers. The boundary abatement of parameters of a mounting point is reached on the basis of analytical simulation of processes of a coredrilling, at the expense of removal of padding forces called by overwriting of main and auxiliary flank surfaces, and abatement of load which is operational on a screw of attachment, called directly by forces of cutting. The overwriting of flank surfaces of a lamina is removed by definition of optimum geometry of a cutting part of the tool. The abatement of load which is operational on a screw, is carried out at the expense of selection of the shape and sizes of a lamina, at which one force of cutting are indemnified accord by directional friction forces on area of bearing of a lamina.

The main outcomes of operation have received approbation and have found technical application, as the guidelines on designing modular combined end reamers, on OJSC “Vinnitsa tool plant” and OJSC “Gorlovka machine works”.

Keywords: back angle of an end reamer, mounting point of a cutting lamina of an end reamer, mathematical model, algorithm of designing.

Размещено на Allbest.ru

...