Комбинированный инструмент для токарной обработки цилиндрической поверхности методом ППД

УДК 621.777.07

КОМБИНИРОВАННЫЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ МЕТОДОМ ППД

В. А. Косарев, Д.П. Литвинчук, Е.В. Ходакова

Рассмотрен способ выглаживания цилиндрических деталей сменными непере-тачиваемыми пластинами. Спроектирован и изготовлен инструмент, проведён эксперимент, доказывающий эффективность данного метода. На основе эксперимента сделаны и выводы и, в результате, получен патент.

Ключевые слова: комбинированные СМП, комбинированные СНП, выглаживание, поверхностное пластическое деформирование, финишная обработка.

Особенностью современного машиностроения является значительное увеличение количества предприятий с мелкосерийным и единичным многономенклатурным типами производства, где невыгодно использование большой номенклатуры специализированного оборудования и инструмента. В связи с этим, комбинированный и многофункциональный инструмент имеет повышенный интерес у специалистов в области металлообработки. Известно, что различные способы установки сменных многогранных пластин (СМП) значительно изменяют функциональное назначение инструмента, появляется возможность использовать СМП как при резании, так и в процессах обработки пластическим деформированием.

Создание инструментов с несколькими обрабатывающими поверхностями позволяет:

использовать один инструмент для разнотипных видов обработки. отказаться от использования специального, зачастую дорогостоящего инструмента.

увеличить точность и производительность за счёт сокращения количества переходов и времени на переналадку станка.

максимально и эффективно использовать многофункциональные станки с ЧПУ.

Известно, что использование СМП из керамического материала на проходных резцах для обработки деталей по цилиндру поверхностным пластическим деформированием (ППД) даёт возможность значительно повысить эксплуатационное качество получаемой поверхности.

Суть данного процесса обработки заключается в следующем: инструмент устанавливается по отношению к детали так, чтобы середина ребра с радиусной заточкой между задней главной и вспомогательной поверхностями находилась на горизонтальной оси детали. Для изменения и подбора оптимального пятна контакта с целью достижения наиболее эффективного улучшения получаемой поверхности инструмент поворачивают вокруг точки контакта ребра пластины с деталью на углы у и ф (рис. 1).

Рис. 1. Схема поворота инструмента

На практике данный способ требует специальных приспособлений для универсального оборудования или для станков с ЧПУ, которые имеют возможность такой установки, обеспечивают инструменту только одну функциональную способность — обработку ППД. Одним из недостатков данного способа обработки пластическим деформированием является повышенное трение в зоне контакта инструмента с деталью, а инструмент с СТМ из керамики для точения имеет ограниченное применение в металлообработке.

С целью расширения технологических возможностей за счет обработки деталей методом ППД на станках с ЧПУ и обеспечения оптимальных условий резания предлагается СМП с цилиндрическими вставками, изготовленными из СТМ на основе материала наноструктурированного кубического нитрида бора КНБ - нано. Для подтверждения эффективности были проведены экспериментальные исследования.

Конструкция сменной неперетачиваемой пластины (СНП) для экспериментального инструмента представлена на рис. 2. Такая СНП дает возможность использовать инструмент многофункционально. Инструмент может работать как резанием, так и способом ППД. На данную конструкцию получен патент на полезную модель № 159234 от 13.01.2016.

Учитывая физико-механические свойства сверхтвёрдого материала, который обладает наименьшим коэффициентом трения и высокой теплостойкостью, а также возможность использовать инструментальный материал СМП в широком диапазоне, что обеспечит оптимальные условия резания, появляется возможность получить значительный эффект от предлагаемого инструмента.

Рис. 2. Принципиальная схема способа обработки предлагаемой СНП

В предлагаемой работе рассматривается способ ППД при обработке наружных цилиндрических поверхностей со статической нагрузкой на инструмент.

Известно, что выглаживание, как один из методов ППД, позволяет получать изделия с высокими эксплуатационными характеристиками. С помощью выглаживания можно производить чистовую отделочную, упрочняющую и калибрующую обработку цилиндрических, конических и плоских поверхностей.

Для проведения исследований был спроектирован и изготовлен экспериментальный образец инструмента с поворотным устройством.

Экспериментальные исследования проводились на базе технологического полигона «СТАНКИН» на токарном станке ЗММ-СЛИВЕН СИ500М.

Для моделирования процесса обрабатываемая деталь имела форму вала с канавками для входа и выхода инструмента с начальной шероховатостью Ra=1.009 мкм.

С помощью поворотного устройства и угломера обеспечивался исследуемый поворот пластины. (рис. 3).

Рис. 3. Поворотное устройство и угломер

252

Далее высота центров станка была выставленна посередине пластинки для обепечения выглаживания. Затем с переменными режимами обработки были выглаженны 13 колец.

Эксперименты проводились на разных режимах обработки. Критерием оценки качества выбрана шероховатость получаемой поверхности. Исследования и обработка полученных результатов экспериментов проводились в Метрологической исследовательской лаборатории на базе ГИЦ МГТУ «Станкин» с помощью измерительного прибора Hommel-Etamic T8000 и Mahr XC 20 по параметрам шероховатости Ra, и фактическому внедрению пластины в деталь.

В результате экспериментальных исследований были получены получены профилограммы с различной шероxоватостью и качеством поверхности, пример которой показан на рис. 4.

Ra 2.661 \т

Rz 1Ш щ

Нпш J4.799 jm

50.0

0.0

[Hm]

-50.0

Р- . Profile jligred Filter IB0115G2(M1| Lc.'L5 = 300 Lc = 0.600 um

100.0

0.0

Qmi]

-100.0

ч М-

/

probe TKU300 Lt = Ш гттп Vt= 1.00 mnVs

Ш

ft Profile digned Filter I5011562|MI) Lc=0.800 rem

I

к* Г

\ ч

probe ТКШМ Lt = J.E0 rrm Vt= 1.00 rmrts

Ш

Рис. 4. Пример профилограммы качества поверхности

253

На основе анализа полученных результатов выявлены зависимости изменения шероховатости получаемой поверхности от технологических параметров процесса обработки поверхности вала способом ППД.

Исследования показали, что применяя разные параметры режимов обработки и глубины подачи инструмента в деталь, получаемая поверхность по шероховатости достигала Ra=0,4. При этом, максимальное изменение размера по диаметру детали при разных условиях деформирования было 0,2 мм.

По итогам исследований можно сделать вывод, что комбинированная обработка позволяет не только расширить технологическую гибкость на станках с ЧПУ, но и исключить использование специального оборудования и, зачастую, отказаться от операций финишной обработки (тонкое точение, шлифование).

Это вместе с получаемыми после ППД повышенными эксплуатационными характеристиками детали делает такой метод обработки перспективным направлением совершенствования производственного процесса.

Список литературы

1. Shaping by means of complex cutting tools / V.A. Grechishnikov, P.V. Domnin, V.A. Kosarev, Yu.E. Petukhov, V.B. Romanov, B.E. Sedov // Russian Engineering Research. July 2014. Vol. 34. I. 7. P. 461-465.

2. Прогнозирование и измерение параметров микрорельефа поверхности при точении деталей сложного профиля/ В. А. Гречишников [и др.] // Измерительная техника. 2015. №8. С. 13-15.

3. Гречишников В. А. Точение деталей сложного профиля с обеспечением заданного микрорельефа поверхности / В. А. Гречишников, Ю.Е. Петухов, П.М. Пивкин [и др.] // СТИН. 2015. №8. С. 13-15.

4. Соболев Н. И., Титунин Б. А. Пластинирование деталей машин. Л.: Машиностроение. 1987. 224 с.

5. Теоретические исследования зависимости геометрических параметров области контакта инструмента и заготовки от способа установки инструмента при обработке выглаживанием / В. А. Кузнецов [и др.] // Известия Московского Государственного университета МАМИ. 2012. Т. 2. № 2.

6. Косарев В.А., Иванов В.Ф. Способ получения внутренней резьбы пластическим деформированием инструментом с планетарном движением // Вестник МГТУ «Станкин». М.: МГТУ «СТАНКИН», №1(18), 2012, С. 58-60.

7. Гречишников В.А., Косарев В.А. Формирование моделей проектирования инструментов с планетарным движением для обработки внутренних поверхностей на основе запатентованных решений // Вестник МГТУ «Станкин». №1(19). М., 2012. С. 8-11.

Косарев Владимир Анатольевич, д-р техн. наук, проф., voko55@yandex.ru, Россия, Москва, Московский государственный технологический университет «Станкин»,

Литвинчук Дмитрий Павлович, асп., tvikl 7@niail.ru, Россия, Москва, Московский государственный технологический университет «Станкин»

Ходакова Екатерина Вадимовна, асп., no_format_l488@,mail.ru, Россия, Москва, Московский государственный технологический университет «Станкин»

COMBINATION TOOL FOR TURNING CYLINDRICAL SURFACE BY SURFACE PLASTIC

DEFORMATION

V.A. Kosarev, D.P. Litvinchuk, E. V. Hodakova

The method of burnishing of cylindrical parts replaceable profile inserts. For experiments designed and built the instrument, conducted an experiment proving the effectiveness of this method. On the basis of the experiment, conclusions were drawn and received a patent.

Key words: combined SMP, combined SNP, smoothing, surface plastic deformation, finishing of external cylindrical surfaces.

Kosarev Vladimir Anatolevich, doctor of technical science, professor, of department «Instrumental technique and technology of formation» vokko56@,yyndex. ru, Moscow, Russia, Moscow State Technological University «Stankin»,

Litvinchuk Dmitri Pavlovich, postgraduate, tvikl 7@mail.ru, Moscow, Russia, Moscow State Technological University «Stankin»

Hodnkova Ekaterina Vadimovna, postgraduate, no format 1488@,mail. ru, Moscow, Russia, Moscow State Technological University «Stankin»