К.т.н. Петровский В.П., Федоренко Г.В.

Херсонский национальный технический университет, Украина

Исследование влияния полимерсодержащих смазочно-охлаждающих технологических средств на силы резания при резьбонарезании

Множество деталей в машиностроении имеют разные виды резьбы, качество изготовления которой определяет их работоспособность. Процесс резьбонарезания является одним из наиболее сложных процессов обработки, поскольку режущий инструмент работает как фасонный. Одновременная работа всех режущих кромок инструмента ухудшает эффективность действия смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС) при повышении скорости и глубины резания и снижает качество поверхности резьбы.

При современных тенденциях к повышению скоростей резания и требований к качеству обрабатываемых поверхностей, одним из перспективных путей исследования становится изучение применяемости СОТС нового поколения, содержащих в составе высокомолекулярные соединения с определёнными физико-химическими свойствами. При попадании в зону резания, в результате деструкции эти соединения вызывают механохимические явления, существенно изменяющие процесс отделения стружки [1].

Целью данной статьи является анализ и обобщение результатов экспериментальных исследований по оценке влияния полимерсодержащей СОТС на энергосиловые параметры резьбонарезания основными видами применяемых режущих инструментов.

Исследования проводились на токарно-винторезном станке мод. 16К20. Нарезание наружной резьбы и спирали на торце осуществлялось резьбовым резцом с пластинкой из твёрдого сплава Т15К6 по ГОСТ 18885-73 и круглой плашкой М24 по ГОСТ 9740-71, а внутренней метчиком М24 по ГОСТ 3266-81; материал заготовки – сталь 45 по ГОСТ 1050-88.

Нарезание метрической резьбы и спирали на торце осуществлялось в различных условиях смазывания: без смазки, с трансформаторным маслом, с применением полимерсодержащей СОТС. Нарезание без смазки производилось для получения базовых показателей с целью исключения влияния на результаты экспериментов случайных и нелинейных искажений тензоусилителя УТ4 и регистрирующих приборов измерительного комплекта УДМ600. Полимерсодержащая СОТС была получена путём растворения полиэтилена в минеральном масле и керосине до 50-60%-ой концентрации.

Нарезание резьбы резьбовым резцом характеризуется тем, что вершина резца, формирующая впадину резьбового профиля, в процессе резания находится в тяжёлых условиях нагружения, и прочность пластинки твёрдого сплава оказывается недостаточной при нарезании резьбы сразу на всю глубину профиля [2]. Поэтому нарезание резьбы осуществлялось, вначале за 4 прохода до определения предельно допускаемого скоростного режима, а затем для всей серии эксперимента выполнялась в два прохода.

Сила резания Pz определялась по крутящему моменту и плечу воротка.

На рис.1 представлены графики зависимости сил резания от режимов резания при резьбонарезании резцом при обработке всухую и со смазыванием полимерсодержащей СОТС.

а) б)

Рис.1 График зависимости сил резания Pz (а) и Px (б) от режимов резания при резьбонарезании резцом: 1 – всухую; 2 - с полимерсодержащей СОТС

Силы резания существенно уменьшились с введением в зону резания полимерсодержащей СОТС при возрастании скорости и глубины резания.

На рис.2 показано относительное изменение сил Pz (а) и Рх (б) при резьбонарезании резцом по сравнению с обработкой без смазки при разных скоростях резания и глубинах резания. В среднем тангенциальная сила резания уменьшается на 35% для силы Pz и на 50% - для силы Px. Наибольший эффект от применения СОТС наблюдается при скорости резания V=23,54 м/мин и глубине резания t=1 мм для силы Px. За 100% принято нарезание резьбы без смазки.

а) б)

Рис. 2 Диаграмма снижения сил Pz и Px при обработке резцом с применением

полимерсодержащей СОТС по сравнению с нарезанием без смазки

а) б)

Рис.3 Графики зависимости сил Pz (а) и Px (б) от скорости резания при нарезании резьбы резцом на торце (спирали)

На рис.3 показана зависимость сил резания от скорости резания при резьбонарезании резцом резьбы на торце детали.

Рис.4 Диаграмма уменьшения сил Pz и Pх при применении СОТС при нарезании резьбы на торце

На диаграмме (рис.4) видно, что сила Pz в среднем уменьшается на 37%, а сила Px – на 48% за счёт применения СОТС. Наибольший эффект от применения СОТС наблюдается при скорости резания V=15,072 м/мин для силы Px, когда она падает на 67 %.

Подобный анализ был проведён и для данных, полученных при нарезании плашкой.

При нарезании резьбы плашкой резание осуществлялось на всю глубину без смазки, смазыванием маслом и высокомолекулярной СОТС. Скорости резания при нарезании резьбы плашкой изменялись до значения предельно близкого к заклиниванию.

На рис.5 представлены графики зависимости сил резания от скорости резания при резьбонарезании плашкой.

а) б)

Рис. 5 Графики зависимости сил резания от скорости резания при резьбонарезании плашкой без смазки, с маслом и СОТС: а - зависимость силы Pz от скорости резания; б - зависимость силы Px от скорости резания

а) б)

Рис. 6 Диаграмма снижения сил резания при резьбонарезании плашкой:

а) силы Pz; б) силы Pх

Относительное уменьшение сил Pz и Px в процентном отношении представлено на рис.6.

Сила Pz снизилась в среднем на 20% при обработке в масле и на 43% при обработке с СОТС, а Px на - 48% при обработке в масле и на 67% при обработке с СОТС. Наилучший эффект от применения СОТС – для сил Px при скорости V=1,87 м/мин, а Pz – при V=3,74 м/мин.

На рис.7 показана зависимость сил резания от скорости резания при резьбонарезании метчиком.

а) б)

Рис.7 Графики зависимости сил Pz (а) и Pх (б) от скорости резания при нарезании резьбы метчиком: 1 – обработка с маслом; 2 – обработка с СОТС

Из диаграммы 8 видно, что Pz снизилась в среднем на 19% при обработке с СОТС по сравнению с обработкой в масле, а Px на - 34%. Наилучший эффект от применения СОТС для сил Px и Pz при скорости V=2,4 м/мин.

Рис.8 Диаграмма уменьшения сил резания

Pz и Рх при резьбонарезании метчиком с

СОТС, по сравнению с обработкой в масле

Выводы:

q В результате экспериментов было установлено, что применение полимерсодержащих СОТС при резьбонарезании резцом значительно снижает энергосиловые параметры обработки: на 35% - силу Pz и на 50% - силу Px. Приблизительно те же результаты при нарезании резьбы на торце (Pz – на 37% и Px – на 48%). Наибольший эффект достигается на скорости резания V=23,54 м/мин и глубине резания t=1мм для силы Px, когда она падает на 64%.

q При применении полимерсодержащих СОТС для резьбонарезания плашкой снижает силы резания в среднем на 43% - Pz и на 67% - Px, по сравнению с обработкой всухую; на 24% - Pz и 19% - Px, по сравнению с обработкой в масле. Наилучший эффект от применения СОТС – для силы Px при скорости V=1,87 м/мин, когда она падает на 73%.

q При нарезании резьбы метчиком с полимерсодержащей СОТС силы резания снизились на 19% - Pz и на 34% - Px по сравнению обработкой в масле.

q Качество поверхности при применении СОТС лучше, чем при обработке с маслом. Витки резьбы - более полные и с меньшим числом зазубрин и заусенцев.

q Наилучшее качество резьбы – при обработке метчиком с полимерсодержащей СОТС, чем плашкой.

С теоретической точки зрения, полученные результаты можно объяснить тем, что эффективность полимерсодержащих СОТС во многом зависит от скорости высвобождения водорода в зоне резания при деполимеризации высокомолекулярного соединения под действием температуры и давления и диффундирования его в обрабатываемую поверхность; что хорошо согласуется с результатами экспериментов.

Результаты проведённых экспериментов могут быть использованы как при резьбонарезании на станка, так и при выполнении слесарно-сборочных операций.

Литература:

1. Сошко А.И., Сошко В.А., Макаров С.Н. О механизме влияния полимерсодержащих Смазочно-охлаждающих средств на процессы механической обработки сталей. УДК 669.14.539.4+621.892 – Вестник ХНТУ №3(23), 2005 г.

2. Фрумин Ю.Л. Высокопроизводительный резьбообразующий инструмент, М.: 1963 г., 164 с.