Влияние способа крепления сменных многогранных пластин в резцах на точность обработки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Влияние способа крепления сменных многогранных пластин в резцах на точность обработки

Ю.И. Иванов,

О.И. Законов Иванов Ювеналий Иванович, кандидат технических наук, доцент.

Законов Олег Игоревич, аспирант.

Аннотация

Рассмотрены виды креплений сменных многогранных режущих пластин в корпусах инструментов по ИСО. Определен прогиб вершины резцов со сменными многогранными пластинами при работе для различных систем крепления и сил резания с помощью программы ANSYS. Построена номограмма зависимостей прогиба резцов от силы резания, необходимых для производства. Сделаны выводы.

Ключевые слова: резец, сменные многогранные пластины, система крепления по ИСО, прогиб вершины резцов, ANSYS, номограмма, рекомендации. крепление режущий инструмент

В настоящее время при металлообработке широко применяются режущие инструменты со сменными многогранными режущими пластинами (СМП). Известные инструментальные фирмы, такие как "Сандвик Коромант" (Швеция), "Мицубиси" (Япония), "Хертель" (Германия) и др., рекомендуют и поставляют потребителю широкую номенклатуру пластин СМП и конструкций инструментов. В каталогах фирм нет данных по влиянию способов крепления СМП на точность обработки. Это вызывает большие проблемы при разработке технологических процессов изготовления деталей [1].

Целью работы является исследование влияния способов крепления на точность обработки.

Международная организация по стандартизации (ИСО) классифицирует несколько систем крепления пластин в корпусах инструментов (рис. 1) [1]. Система Т-МАХ Р предназначена для закрепления односторонних и двусторонних пластин без задних углов (б = 0) с размерами в соответствии ИСО.

Рис. 1. Схемы крепления СМП в режущих инструментах по ИСО

Эта система получила широкое применение и имеет по ИСО несколько конструктивных вариантов закрепления пластин [1, 2, 3]:

прижим специальным прихватом повышенной жесткости RC условно обозначается буквой D; прижим рычагом за отверстие условно обозначается буквой Р; прижим клином условного обозначения не имеет;

прижим сверху и поджим к отверстию клином-прихватом условно обозначается буквой М; прижим прихватом сверху условно обозначается буквой С.

Система Т-МАХ U (coro Turn 107 и 111 по классификации фирмы "Коромант") предназначена для надежного закрепления винтом за отверстия пластин с задними углами. Эта система условно обозначается буквой S.

Система Т-МАХ - прижим прихватом сверху. Эта система предназначена для закрепления пластин из керамики и кубического нитрида бора (CBN) [3].

Резец с СМП состоит не только из пластинки и державки, но и из различных элементов крепления (рычаги, прихваты, винты и др.). Элементы крепления пластины также деформируются под действием сил резания, что, в свою очередь, влияет на прогиб, а следовательно, и на точность обработки. Определение прогиба резца с СМП с помощью формул представляет большие трудности, так как это многозвеньевая система. Здесь требуется принять ряд допущений и произвести сложный математический расчет. Для определения прогиба резцов с СМП целесообразно применить программу ANSYS, которая широко используется в технике.[4]

Для расчета использовались следующие параметры: деталь - вал диаметром 50 мм, точность на обработку точением составляет IT11, а допуск Тд=0,160 мм. При этом допустимый прогиб резца: д=(0,35-0,4) *Тд=0,056ч0,064 мм.

Резец 1: резец токарный проходной с круглой сменной режущей пластиной. По классификации ИСО: пластинка имеет код- RNMN 16 05 00, резец с креплением Т-Мах Р (прижим L-образным рычагом за отверстие) имеет код PRGNR 32 25 P 15.

Резец 2: резец токарный проходной с квадратной сменной режущей пластиной.

По классификации ИСО: пластинка имеет код SNMN 16 05 04, резец с креплением Т-Мах Р (крепление винтом) имеет код SPGNR 32 25 P 15.

Резец 3: резец токарный проходной с круглой сменной режущей пластиной. По классификации ИСО: пластинка имеет код SNMN 16 05 04, резец с креплением Т-Мах Р (прижим повышенной жесткости) имеет код SGNR 32 25 P 15.

Решение задачи в пакете ANSYS проходит в несколько этапов:

- выбираются типы конечных элементов и задаются их свойства;

- задается тип материала и его свойства;

- строится геометрическая модель;

- элементам геометрической модели присваиваются атрибуты (материал, тип конечного элемента), модель разбивается на конечные элементы;

- задаются граничные условия (закрепления модели и действующие силы);

- решается задача [4].

Поясним некоторые этапы подробнее на примерах исследования прогиба резцов с СМП для вариантов крепления пластин рычагом через отверстие, винтом и прихватом повышенной жесткости.

Для проведения расчета в среде ANSYS была построена геометрическая модель резца (см. рис. 2 а).

При постановке задачи были использованы следующие параметры: тип анализа - Structural (структурный); модуль упругости для стали Е = 2е 5(2х 105)Па; для твердого сплава Е = 5е 5(5х 105)Па, коэффициент Пуассона 0,3; тип элемента Solid Brick 8 node 45 (массивное трехмерное тело). При этом размеры давались в миллиметрах.

Геометрическая модель (см. рис. 2 б) разбивается на конечные элементы. При разбиении на элементы использовались следующие условия: размер элементов 1 мм. Mesh: Volumes - Tet - Free (разбить: объемы- на тетраэдры- в свободном порядке).

а б в

Рис. 2. Этапы решения задачи в программе АNSYS:

а - геометрическая модель резца с прихватом повышенной жесткости, 1 - корпус резца, 2 - квадратная СМП, 3 - прихват повышенной жесткости; б - конечно-элементная модель; в - результат расчета

В местах контакта пластинок с корпусом резца и на внутренних поверхностях отверстия, где происходил контакт с элементом крепления, создаются контактные пары. Контакт задавался по плоскостям с коэффициентом трения 0,5.

К вершине резца под углом б= 8є прикладывались силы Pz (от 100 до 1000Н с шагом в 100Н) и Py = 0,3Pz .

Таким образом, задача была решена для десяти вариантов нагружения.

В качестве примера на рис. 2 приведены геометрическая модель резца с креплением СМП прихватом повышенной жесткости (обозначение по ИСО буквой D), конечно-элементная модель резца и результат расчета (см. рис. 2 в). Аналогичным образом определялся прогиб резцов с креплением винтом (обозначение по ИСО буквой S) и рычагом за отверстие (обозначение по ИСО буквой P) с помощью программы ANSYS и для напайного резца - с помощью формул сопромата.

Рис. 3. Прогиб резцов различных конструкций в зависимости от силы резания

По полученным данным построены графики прогиба для каждого из резцов в зависимости от силы резания (рис. 3). Полученный график имеет практическое значение и дает возможность определения прогиба вершины резца в зависимости от силы резания для различных способов крепления режущей пластины (рычагом за отверстие, прихватом повышенной жесткости, винтом и пайкой, см. вариант 1 рис. 3). При Рz=400 Н прогиб напайного резца составляет 0,008 мм, для крепления винтом прогиб равен 0,015 мм, для прихвата повышенной жесткости - 0,17 мм, а при креплении пластины рычагом за отверстие - 0,03 мм. Так же можно решить и обратную задачу и определить силу резания по заданному прогибу вершины резца. Например, при д= 0,02 мм (см. вариант 2 рис. 3) сила Рz не должна превышать 200 Н для крепления рычагом за отверстие, Рz ? 500 Н для прихвата повышенной жесткости, Рz ? 600 Н для крепления винтом и Рz ? 1000 Н для напайного резца.

Полученные номограммы имеют большое практическое значение, такие данные необходимы технологам при разработке технологических процессов и назначении режимов резания для обеспечения заданной точности изготовления поверхностей, а также конструкторам-инструментальщикам при разработке новых конструкций инструментов.

Выводы:

- для определения влияния разных конструкций сборных резцов с СМП на точность обработки выполнено исследование напряженно-деформированного состояния с помощью программы ANSYS и получены необходимые практические рекомендации по выбору резцов с СМП и работе с ними;

- исследования показали, что прогиб резца с СМП больше, чем у напайного резца при тех же силах резания за счет многозвеньевой системы механического крепления пластины, поэтому необходимо выбирать и применять более жесткие конструкции креплений и большие размеры резьбы крепежного винта и деталей;

- крепление рычагом через отверстие имеет наименьшую точность обработки, крепление прихватом повышенной жесткости дает большую точность, а крепление винтом обеспечивает наибольшую точность обработки.

Библиографический список

1. Справочник конструктора-инструментальщика / Под общ. ред. В.А. Гречишникова и С.В. Кирсанова. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 2006. - 542 с.: ил. (библиотека конструктора).

2. Справочник технолога машиностроителя в 2-х т. Т.2 / Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. - М.: Машиностроение, 1986. - 496 с.: ил.

3. Каталог продукции фирмы "Сандвик Коромант", Швеция, 2006 г.

4. Каплун А.Б., Морозов Е.М., Олферьева М.А. ANSYS в руках инженера: практическое руководство. Изд. 2-е. - М.: УРСС, 2004. - 272 с.: ил.

Размещено на Allbest.ru