Технические науки/8. Обработка материалов в машиностроении

Д.т.н. Гусев В.Г., асп. Селиванов А.М.

Владимирский государственный университет, Россия

Повышение жесткости технологической системы путем использования виброустойчивого режущего инструмента

Крупногабаритные детали являются основой конструкций товарных и пассажирских вагонов железнодорожного транспорта, которые испытывают различные динамические нагрузки, подвергаясь при этом интенсивному износу. После полного износа рабочих поверхностей использовать новую материалоемкую и дорогостоящую деталь экономически нецелесообразно, поэтому крупногабаритные детали восстанавливают путем наплавления изношенных поверхностей твердосплавным материалом и последующей механической обработки.

Подобное решение позволяет экономить средства, однако, для этого требуется разработка эффективных технологий восстановления, грамотный подбор технологического оборудования, режущего инструмента и материалов.

Кроме этого, наплавленные поверхности характеризуются неравномерной твердостью и колебаниями припуска на механическую обработку, что сказывается на условиях работы режущего инструмента. Восстанавливают плоские поверхности, цилиндрические поверхности. Обработка наплавленного отверстия обычными зенкерами характеризуется высоким уровнем вибрации, низкими режимами резания, периодом стойкости, большим расходом режущего инструмента и низким качеством обработанной поверхности. Это связано с тем, что обработке подвергается прерывистая поверхность заготовки твердостью, доходящей до НВ 400…410.

В условиях экстремального резания вследствие низкой виброустойчивости существующих конструкций зенкеров приходится ограничивать режимы обработки. Повышенная вибрация инструмента приводит не только к ухудшению качества обработанной поверхности,

2

ускоренному износу зенкера, но и вероятности поломки инструмента. В этой связи снижение вибрации при зенкеровании сравнительно твердых материалов с неравномерным припуском является весьма актуальной задачей.

В настоящее время известны различные способы уменьшения интенсивности колебаний в процессе механической обработки, среди которых распространен способ демпфирования колебаний. Эффективность способа виброгашения подтверждена исследованиями отечественных и зарубежных ученых.

Авторами предложен способ снижения уровня вибрации элементов технологической системы, который заключается в переносе энергии колебаний с податливого элемента на более жесткий элемент технологической системы, что позволяет повысить эффективность механической обработки.

Так, в процессе зенкерования наплавленного отверстия под шкворневой палец надрессорной балки железнодорожного вагона применен разработанный авторами виброустойчивый зенкер, оснащенный многогранными неперетачиваемыми твердосплавными пластинами. Конструкция зенкера демпфирует колебания, что снижает интенсивность вибраций за счет рассеивания энергии колебательного движения. Колебания зенкера, снимающего припуск, неравномерно расположенный по окружности и образующей отверстия, через упругий элемент переносятся на массивную надрессорную балку, которая эффективно гасит их, обеспечивая тем самым спокойную работу всех элементов технологической системы.

Существенное снижение уровня вибрации достигается тем, что на корпусе инструмента установлен подшипник качения, на наружном кольце которого закреплен направляющий демпфер колебаний. Он представляет собой фланец с разрезными упругими консольными пластинами, внутренняя поверхность которых заполнена демпфирующим материалом. Максимальный диаметр упругих пластин больше диаметра отверстия заготовки, поэтому при обработке создается натяг между направляющим демпфером и заготовкой, их

3

взаимное силовое давление, а, следовательно, направление движения инструмента.

В результате этого инструмент получает вторую внешнюю опору. Первая опора инструмента создается шпинделем станка, в котором он закреплен, а вторая опора обеспечивается самой заготовкой и демпфером, что приводит к значительному увеличению жесткости режущего инструмента и технологической системы в целом. Существенное повышение жесткости технологической системы приводит к снижению уровня вибрации в процессе резания, которая к тому же дополнительно гасится направляющим демпфером.

Применение предлагаемого виброустойчивого режущего инструмента позволяет расширить технологические возможности обработки и повысить производительность технологических операций.

Литература:

1. Васин С.А. Прогнозирование виброустойчивости инструмента при точении и фрезеровании. М.: Машиностроение, 2006. – 383 с.