к.т.н. Дудак Н.С., Итыбаева Г.Т., Касенов А.Ж.

Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова,

Республика Казахстан

К вопросу динамики обработки отверстий

 

Для чистовой обработки отверстий 7–8 квалитета точности часто используется протягивание с разными схемами резания. При взаимодействии режущих зубьев протяжки с обрабатываемым материалом развивается сила резания, которую разделяют на составляющую, действующую вдоль направления движения протяжки, и составляющую, перпендикулярно направлению движения. Первая составляющая Pz суммарная сила равномерно распределённых сил, расположенных на окружности отверстия. Суммарная  сила Pz действует вдоль оси протяжки и слагается из удельных сил Pzi, а удельные силы  Pyi взаимно уравновешиваются в действии на протяжку. Они определяет необходимую силу протягивания Р, которую должно обеспечить применяемое оборудование, а также необходимую прочность конструктивных элементов протяжки (шейки, сечения сварного шва, сечения по впадине первого зуба). Вторая составляющая Py, отжимающая протяжку от обрабатываемой заготовки, влияет на точность радиальных размеров детали после протягивания (рисунок 1).

Рисунок 1 – Схема сил при протягивании

В общем случае сила протягивания определяется по формуле:

                                               (1)

где Ср – коэффициент, учитывающий материал заготовки и форму режущей кромки;

 – подача на зуб (толщина срезаемого слоя);

ΣВ – суммарная длина режущих кромок одного зуба, для круглых протяжек, . Для протяжек с винтовым зубом при обработке цилиндрических отверстий определяется как длина винтовых зубьев на участке, соответствующем длине заготовки, умноженная на количество зубьев в поперечном сечении протяжки;

zi – наибольшее число одновременно работающих зубьев,

                                                            (2)

L – длина обрабатываемой детали;

р – шаг зубьев протяжки;

Кр – поправочный коэффициент [1, 2, 3].

Для математического описания процесса протягивания формулу 1 упростим, принимаем величины  – постоянными, т.к. размеры и форма отверстия, а также условия резания в каждом процессе обработки останется одинаковыми, и обозначим

,                                                      (3)

Тогда сила протягивания будет иметь вид:

                                                         (4)

В процессе протягивания отверстий протяжками с круглыми зубьями сила резания скачкообразно изменяется вследствие переменного количества одновременно работающих зубьев, шаг которых обычно не кратен длине обрабатываемой детали. Максимальное число одновременно работающих зубьев определяется по формуле 2, сила протягивания определяется по формуле 3. При выходе из заготовки последовательно каждого зуба сила протягивания уменьшается и определяется по формуле

                                                    (5)

где zi-1 – число режущих зубьев после выхода первого зуба.

Через время t, равное отношению скорости резания и шага зубьев протяжки , происходит уменьшение числа одновременно работающих зубьев на один зуб, сила резания уменьшается и определяется по формуле

                                           (6)

В результате постоянно меняется напряжённо - деформируемое состояние технологической системы и возникновение колебаний, которые уменьшают качество обработки (увеличивается шероховатость, отклонение от заданной геометрической формы отверстия) и снижается стойкость протяжки. Работы по исследованию динамики процесса протягивания протяжками с круглыми зубьями продолжаются.

На кафедре машиностроения и стандартизации Павлодарского государственного университета им. С. Торайгырова Республика Казахстан ведутся работы по разработке новых конструкций более эффективных режущих инструментов, а также новых способов обработки. Получен предварительный патент на изобретение № 16167 (на протяжку для обработки цилиндрических отверстий средних и больших диаметров рисунок 2, 3). Протяжка имеет винтовые равноширокие зубья, что позволяет производить переточку протяжки по задней поверхности зубьев и улучшить качество обработки (увеличить точность отверстия и снизить шероховатость обрабатываемой поверхности) за счёт полного восстановления параметров качества изношенной протяжки после переточки до состояния новой протяжки. При этом данная протяжка не имеет недостатков, вызываемых малым задним углом (α=2…3º) у протяжек с круглыми зубьями, перетачиваемыми по передней поверхности и малым запасом на переточку, с сопутствующей трудностью восстановления параметров качества протяжки после переточки до требуемого уровня и неизбежным практическим снижением качества обработки: уменьшением точности обработки отверстий и увеличением шероховатости протягиваемых поверхностей отверстий в процессе эксплуатации и переточек протяжек. Задний угол указанной протяжки можно обеспечивать в пределах 7˚, т.е. в интервале задних углов для наружных протяжек.

Рисунок 2 – Конструкция протяжки с винтовыми зубьями

Рисунок 3 – Профиль стружечной канавки (N – N), равноширокий зуб(L – L)

Некоторое увеличение длины калибрующей части как запас на переточку, оправдывается повышением качества переточенной протяжки до состояния нового инструмента. Переточка стандартных круглых протяжек осуществляется по передней поверхности, запас на переточку минимальный, иначе ширина зуба протяжки была бы значительно увеличенной. Резкое ухудшение качество протяжки после переточки происходит за счёт неравномерного изнашивания зубьев по задней поверхности, следы износа на которых не всегда полностью устраняются.

При применении протяжек с винтовым зубом сила резания и количество одновременно работающих зубьев постоянны, тогда величина изменения силы резания практически равна нулю. Винтовые зубья увеличивают плавность работы протяжки и повышают качество поверхности и обрабатываемого отверстия. Кроме того, плавность работы уменьшает износ и повышает стойкость протяжки. Улучшается качество протяжки, сопутствующее её эксплуатации, т.к. после каждой переточке восстанавливается состояние режущей части до состояния новой протяжки благодаря переточке по задней поверхности зубьев.

Протяжка с винтовым равношироким зубом позволяет повысить качество протягиваемых деталей и одновременно повысить стойкость между переточками самой протяжки и снизить затраты на её эксплуатацию. и переточку. Общее количество переточек протяжки возрастает за счёт запаса на переход калибрующей части в режущую. Он может быть определено по формуле

где   – запас на переточку на калибрующей части;

φ/2 – половина угла конуса режущей части;

а – величина срезаемого слоя при переточке.

 

Литература:

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

2. Родин П.Р. Металлорежущие инструменты: Учебник для вузов. – 3-е изд. перераб. и доп. – Киев: Вища шк. Головное изд-во, 1986. – 455 с.

3. Кацев П.Г. Обработка протягиванием. М. Маш. 1986. – 272 с.

4. Грановский Г.Н., Грановский В.Г. Резание металлов: Учебник для вузов. – М.: Высш. шк., 1985. – 304 с.

5. Предварительный патент Республики Казахстан (19) KZ (13) A (11) (51) B23D 43/02 №16167 от 15.06.2005г. на изобретение «Протяжка для обработки цилиндрических отверстий среднего и большого диаметров». Авторы: Дудак Н.С., Шерниязов М.А.