Технические науки/8. Обработка материалов в машиностроении

Н.С. Дудак¹, А.Ж.Касенов¹, А.Ж. Таскарина²

¹ г. Павлодар, Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова

² г. Алматы, Казахский национальный технический университет им. К.И. Сатпаева, Республика Казахстан

Совершенствование металлорежущих инструментов для чистовой обработки

По мере всестороннего развития и интенсификации машиностроительного производства на современном этапе задачей предприятий является выпуск высококачественной конкурентоспособной продукции с учётом экономии материальных, информационных и временных ресурсов. Повышение качества изделий невозможно без совершенствования методов обработки и конструкций режущего инструмента.

Выбор одного из существующих методов чаще всего ограничен возможностями инструментального обеспечения предприятия и необходимостью достижения требуемого качества обработки.

По природе воздействия на исходную заготовку различают: механическую обработку, электрическую (электроэрозионную, электрохимическую, ультразвуковую), светолучевую, плазменную, комбинированную [1].

Преимущество электроэрозионных методов состоит в том, что этими методами можно получить форму отверстия, щели и других элементов профиля детали, которые невозможно получить другими методами. В принципе электроэрозионными методами, с использованием программного управления, можно получить с помощью сравнительно несложного электрода-инструмента сложные поверхности, например, длинные фасонные щели с криволинейной направляющей в длинных деталях, и другие, создавая соответствующее оборудование. Для изготовления инструмента используются более дешёвые, легко обрабатываемые материалы. Часто при этом износ инструментов незначителен.

Недостатком метода является то, что при обработке сложных поверхностей простым электродом, (с участием в формообразовании движений стола станка) требуется создание специального высокоточного оборудования, а также сравнительно невысокая точность изготовления электрода-инструмента при воспроизведении профиля копированием формы электрода-инструмента больших размеров (фасонные профили, окружности).

Электрохимические методы обработки основаны на законах электрохимии. По используемым принципам эти методы разделяют на анодные и катодные, по технологическим возможностям – на поверхностные и размерные.

К светолучевым методам обработки относится обработка материалов электронным пучком и световыми лучами. Электроннолучевая обработка осуществляется потоком электронов высоких энергий (до 100 кэв).

Таким путём можно обрабатывать все известные материалы (современная электронная оптика позволяет концентрировать электронный пучок на весьма малой площади, создавать в зоне обработки огромные плотности мощности).

Комбинированные методы обработки могут быть осуществлены путем подвода в зону обработки двух и более видов энергии или путем совмещения различных способов ее подвода [2].

Большинство методов формообразования на основе пластической деформации не обладают требуемой для обработки точностью, особенно в области получения соосности поверхностей и требуются дополнительные чистовые операции на основе резания металлов.

Приведённый обзор методов обработки определяет ту область применения традиционных методов обработки резанием, в которой не могут иметь применения вышерассмотренные методы, а именно обработка отверстий среднего и большого диаметра. Для получения отверстий высокой точности и малой шероховатости поверхности применяются:

- развертывание или непосредственно после сверления (для отверстий относительно малых диаметров) или непосредственно после чистового зенкерования;

- протягивание;

- растачивание.

Развертка – это инструмент, с помощью которого можно обрабатывать точные цилиндрические или конические отверстия с высокой степенью шероховатости на станках токарной, сверлильной и расточной групп или вручную [3, 4].

Процессы черновой обработки указанных методов оказывают определяющее влияние на окончательное качество обрабатываемых изделий. Однако, ввиду приемлемых требуемых показателей по точности и шероховатости обрабатываемых поверхностей, они технологически и конструктивно отработаны современными промышленными предприятиями. Поэтому основной задачей по дальнейшему повышению качества обработки ступенчатых конических отверстий является совершенствование процессов и инструментов для получистовой и чистовой обработки.

Коническая прямозубая развертка, используемая в технологических операциях получистовой и чистовой обработки, имеет склонность к образованию разбивки и огранки обрабатываемой поверхности, при этом возникающая погрешность в большинстве случаев копируется на последующих операциях или переходах. Учитывая, что в настоящее время операции развертывания являются заключительными в процессе выпуска изделий, то при значительной трудоемкости изготовления и объеме их выпуска повышение точности и уменьшение погрешностей обработки ступенчатых конических отверстий за счет обоснования и реализации рациональных геометрических параметров используемых режущих инструментов приобретает особую актуальность. Для решения данной задачи ведутся работы по разработке новых конструкций более эффективных режущих инструментов, а также новых способов обработки.

У традиционных схем механической обработки наружных и внутренних поверхностей со снятием стружки имеется следующий недостаток – вершина инструмента, которая окончательно формирует шероховатость обработанной поверхности. Для уменьшения шероховатости необходимо уменьшать подачу, что снижает производительность обработки. Кроме того, вершина резца является слабым местом инструмента. Через небольшое сечение резца от вершины проходит большой тепловой поток, что вызывает высокий нагрев и износ вершины резца, которая является источником нестабильности свойств формы и качества поверхности обрабатываемого вала, невысокая производительность при обтачивании заготовок типа вал, шток, гильза из-за повышенного износа вершины резца при сосредоточении механических и тепловых напряжений около вершины токарного проходного резца.

Для устранения указанных недостатков приведен пример предложенного нового способа обработки и проходного сабельного резца для обработки наружных поверхностей с наклонной осью – безвершинный токарный проходной резец (для чистовой обработки) и сабельный резец (для чистового обтачивания заготовок с наклонной осью) [5, 6]; для обработки внутренних поверхностей – резцовая сборная развёртка с безвершинными зубьями.

На рисунке 1 представлены: 1 – закрепительная часть (державка) проходного сабельного резца; 2 – режущая кромка; 3 – передняя поверхность; 4 – задняя поверхность; 5 – задний угол на участке 6 твердосплавной пластинки (α₅ = 5…6⁰); 6 – ширина задней поверхности на твердосплавной пластинке; 7 – угол на остальной части твердосплавной пластинки (α₇ = α₅ + (4…6)⁰); 8 – угол на стороне державки, сопряженный с задним углом (α₈ = α₇ + 4⁰); 9 – передний угол γ; 10 – опорная плоскость резца; η – угол клина державки; L − длина резца; В − ширина резца, Н – высота резца; h − расстояние до режущей кромки от опорной плоскости в точке С; b – ширина пластинки из быстрорежущей стали, твёрдого сплава или минералокерамики.

На рисунке 2 представлена схема обработки заготовки с наклонной осью проходным сабельным резцом и обозначены: 1 – обрабатываемая заготовка; 2 – проходной сабельный резец в процессе работы; 3 – вращение заготовки; 4 – движение подачи; 5 – параметры срезаемого слоя: а_max – наибольшая толщина среза; b_с – ширина срезаемого слоя; 6 – сферическая твёрдосплавная головка установочного центра; C, D – граничные точки контакта резца и заготовки на торце заготовки; C', D' – длина активной текущей (режущей) части режущей кромки GM (G'M'); σ – угол наклона оси заготовки относительно горизонтали; ℓ_пр= ℓ_з – предельная длина обработки; ℓ− текущая длина обработки; ξ – угол наклона режущей кромки относительно оси заготовки; ℓ_врез − длина врезания.

Рис. 1. Общий вид проходного сабельного резца

В качестве сферы дальнейшего совершенствования металлорежущих инструментов и повышения качества обработки выбрана обработка цилиндрических отверстий среднего и большого диаметров новой развёрткой.

Более подробные сведения об особенностях конструктивных и геометрических параметров разработанного нового режущего инструмента будут опубликованы после получения патентов по поданным заявкам.

Рис. 2. Схема обработки заготовки с наклонной осью проходным сабельным резцом

Литература:

1. Махаринский Е.И., Горохов В.А. Основы технологии машиностроения. – Мн.: Высш. Шк., 1997. – 423 с.

2. Балакшин Б.С. Основы технологии машиностроения. – М.: Машиностроение, 1969. – 559 с.

3. Родин П.Р. Металлорежущие инструменты. – Киев: Высшая школа, Головное издательство,1986. – 455 с.

4. Сахаров Г.Н., Арбузов О.Б., Боровой Ю.Л., Гречишников В.А., Киселёв А.С. Металлорежущие инструменты. – М.: Машиностроение, 1989. – 328 с.

5. Проходной сабельный резец для обточки заготовок с наклонной осью № 19411. 28.02.2008. Авторы: Дудак Н.С., Величко А.Н., Гемзен М.П.

6. Проходной безвершинный сабельный токарный резец. № 20971. 25.12.2008. Дудак Н.С.