Исследование процесса механической обработки сложно-профильных поверхностейлитейных моделей из древесинына базе роботизированного комплекса

ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ И ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

УДК 621.74.045.06

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

СЛОЖНО-ПРОФИЛЬНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ЛИТЕЙНЫХ МОДЕЛЕЙ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ НА БАЗЕ РОБОТИЗИРОВАННОГО

КОМПЛЕКСА

Л.Г. Саранин, П.И. Маленко

В статье представлена функциональная модель причинно-следственных взаимосвязей показателей точности размеров, формы и шероховатости поверхностей сложной конфигурации двоякой кривизны литейных моделей из древесины с технологическими факторами режима резания, конструктивно-геометрическими параметрами режущего инструмента с учётом анизотропии свойств древесины. Исследования проводились на базе высокотехнологичного роботизированного комплекса ЕЛЫиС на предприятии ООО "ЛИНК ПРОМОБОРУДОВАНИЕ".

Ключевые слова: литейная модель, роботизированный комплекс, многокоординатное фрезерование, алгоритм управления, угол атаки, анизотропный материал, удельная сила резания.

При производстве крупногабаритных заготовок с поверхностями сложной конфигурации используют литьё в песчаные формы с применением холоднотвердеющих смесей (ХТС). Процесс получения форм реализуется с помощью модельной оснастки из древесины и древесно-композитных материалов.

Основным критерием повышения точности отливок с поверхностями сложной формы является путь, обеспечивающий повышение качества литой заготовки в направлении максимального приближения её формы и размеров к соответствующим параметрам детали. Практически это осуществляется на этапе изготовления литейных моделей, от точности размеров которых зависит точность литейной формы [1].

Стадия изготовления модельной оснастки является базовым этапом технологии изготовления отливки, поскольку он является первоначальным [2]. Именно на этом этапе "закладывается" степень приближения формы и размеров отливки к номинальным размерам детали. Точность изготовления

548

модельно-стержневой оснастки с поверхностями сложной формы должна соответствовать 1 классу по ГОСТ 3212-92. Шероховатость поверхности модели нормируется от Яа 0,63 до Яа 2,5 мкм по ГОСТ 25142-82.

Для изготовления крупногабаритной модельной оснастки с поверхностями сложной формы в настоящее время применяется механизированный способ с использованием современных компьютерных технологий, в данном случае роботизированный комплекс БАКОС (рис. 1) [3].

Рис. 1. Высокотехнологичный роботизированный комплекс

ЕАШС Я-20001С/165Г

Основной продукцией предприятия ООО «ЛИНК ПРОМОБОРУДОВАНИЕ» являются центробежные гидравлические насосы большой мощности, которые применяются на крупнейших предприятиях России, и работают в жестких условиях с повышенным химическим и абразивным износом (шахтный водоотлив, перекачка нефти и другие). Рабочий цикл производства - полный, то есть все детали насосов отливаются и обрабатываются на месте.

Базовые детали насосов представляют из себя сложные по конфигурации, крупногабаритные многорадиусные изделия. Для их отливок модельный цех предприятия изготавливает модели высшего класса точности и высшей группы сложности.

С 2016 г. в ассортименте продукции предприятия появились новые более мощные, современные насосы. Базовые детали этих насосов (рабочие колеса, крышки нагнетания, корпуса направляющих аппаратов) имеют сложную многорадиусную конструкцию (рис. 2).

При этом принцип формообразования сложнопрофильных поверхностей заключается в применении метода многокоординатного фрезерования. Особенностью метода является то, что криволинейную поверхность обрабатывают строками (рис. 3), причем на стыках строк образуется регулярный рельеф в виде гребешков высотой И.

Рис. 2. Фрезерование корпуса рабочего колеса гидронасоса на станке-роботе FANUC R-2000iC/165F

Рис. 3. Схема фрезерования основных поверхностей лопатки рабочего колеса гидронасоса: В - ширина строки, Н - высота регулярной микронеровности "гребешка", а - угол атаки фрезы, ф - угол перекоса [4]

Оптимальный алгоритм управления перемещением фрезы считается такой, при котором ось шпинделя (вектор фрезы), направление подачи (вектор подачи) и нормаль к поверхности в точке контакта фрезы (вектор нормали к поверхности) лежат в одной плоскости и режущая плоскость фрезы образует с касательной плоскостью обрабатываемой поверхности в точке контакта не нулевой угол. Количественными критериями оценки отклонения являются углы установки фрезы: угол атаки а и угол переноса ф. Если угол атаки положителен [5], то фрезерование называют радиально-торцовым (рис. 4). Положительный угол атаки составляет 6°, на практике варьируется от 3° до 30°.

Если угол атаки отрицателен, то фрезерование называют аксиально-торцовым (рис. 5) [5, 6]. Отрицательный оптимальный угол составляет 75°-80°, обычно варьируется от 45° до 92°.

550

Рис. 4. Кинематическая схемарадиально-торцового

фрезерования [4]

фрезерования [4]

Зависимости влияния различных технологических факторов на показатели эффективности процесса обработки при фрезеровании древесины как анизотропного материала приведены на рис. 6-8.

Из приведенных зависимостей можно сделать вывод, что мощность резания, сила резания и удельная сила резания изменяются прямо пропорционально среднему кинематическому углу встречи, причем крутизна характеристик зависит от подачи на фрезу и высоты пропила. Качество поверхности при продольном пилении ухудшается. При поперечном пилении изменение угла встречи на 10° (50°-60°) увеличивает высоту неровностей на 40-60 мкм.

Приведенные графики показывают, что качество обрабатываемой поверхности зависит от сочетания различных факторов. Так, с увеличением подачи на фрезу, глубина и длина волны увеличивается, а упругое восстановление волокон уменьшается. При фрезеровании вдоль волокон по слою чистота поверхности остается хорошей [12].

551

к, Н/мм

12

2

20 40 60 80 100 120 140 Угол перерезания волокон ф, град

Рис. 6. Зависимость удельной силы резания от угла перерезания волокон различных пород древесины при разных скоростях фрезерования: кривые 1, 2, 3 - по данным работы [7]; кривые 4, 5 - по данным работы [8]

Н,мкм-

600

О ОД 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 Подача на зуб и, мм

Рис. 7. Зависимость высоты неровностей от подачи на фрезу: кривые 1, 2 - по данным работы [9]; кривые 3, 4 - по данным работы [10]

Скорость резания является одним из важнейших показателей эффективности фрезерования. Удельная сила резания и силы резания в основном уменьшаются с увеличением скорости до 35-55 м/с, а далее растут. Качество получаемой поверхности в большинстве случаев улучшается с увеличением твердости древесины.

к, Н/мм

О 10 20 30 40 50 60 70 Скорость резания v, м/с

Рис. 8. Зависимость удельной силы резания от скорости резания

при фрезеровании: кривые 1, 2, 3 - по данным работы [11]; кривые 4, 5 - по данным работы [12]; кривые 5 - по данным работы [13];

кривые 6 - по данным работы [14]

Подводя итог, можно сделать вывод, что проведенные исследования позволяют выявить следующие закономерности для получения необходимой точности и шероховатости поверхности обрабатываемой модельной оснастки из древесины:

1. Соблюдение нормативных параметров угла атаки ножей фрезы.

2. В связи с тем, что древесина является анизотропным материалом, установлена зависимость удельной силы резания от угла перерезания волокон.

3. Установлена зависимость высоты неровностей обрабатываемой поверхности от подачи на фрезу.

4. Установлена зависимость удельной силы резания от скорости вращения фрезы.

Список литературы

1. Баландин Г.Ф. Основы теории формирования отливки. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1998. 486 с.

2. Йориш Ю.И. Виброметрия. Измерение вибрации и ударов. Общая теория, методы и приборы. М.: Машиностроение, 1963. 772 с.

3. Бабаскин Е.Н. Деятельность компании "Fanuc Corporation" на мировом рынке металлорежущих станков // Интеллектуальный потенциал XXI века инновационной России: материалы IV Международной научно-практической конференции студентов среднего профессионального образования. В 3 т. Т. 1. Орел: Госуниверситет-УНПК, 2015. С. 125-128.

4. Кремлева Л.В. Повышение эффективности процесса механической обработки сложнопрофильных поверхностей литейных моделей из древесно-композитных материалов: дис. ... д-ра техн. наук: 05.21.05 / Кремлева Людмила Викторовна. Северодвинск, 2010. 299 с.

5. Бобров А.Н., Перченок Ю.Г. Автоматизированные фрезерные станки для объемной обработки. Л.: Машиностроение, 1979. 231 с.

6. Бобров В.Ф., Дубровский А.А., Дроздиев Г.Т. Применение торцовых фрез из безвольфрамовых твердых сплавов для обработки серого чугуна // Станки и инструмент. 1981. №9. С. 27-29.

7. Клебанер В.Я. Экономика и организация модельного производства. Л.: Машиностроение, 1985. 204 с.

8. Михайлов B.C., Лысенков П.М. Комплексная механизация производства гребных винтов // Судостроение. 1985. №6. С. 40-42.

9. Колядин А.В., Ординарцев И.А., Сенькин Е.Н. Оптимизация конструкций ступенчатых торцовых фрез // Станки и инструмент. 1983. №8. С. 27-29.

10. Подураев В.Н. Обработка резанием с вибрациями. М.: Машиностроение, 1970. 351 с.

11. Козел М. М. Сила резания в зависимости от скорости резания и динамических углов встречи при фрезеровании древесины (сосны): дис. ... канд. техн. наук: 05.21.05 / Козел Михаил Михайлович. Минск, 1955. 232 с.

12. Чембрисов Н.А., Ступко В.Б. Компьютерное моделирование формообразующей операции обработки рабочих поверхностей роторов винтовых компрессоров // Современные проблемы машиностроения. Труды II международной научно-технической конференции. Томск: Томский политехнический университет, 2004. С. 410-412.

13. Манжос Ф. М. Основные вопросы точности механической обработки древесины: автореф. дис. ... д-ра техн. наук: 05.21.05 / Манжос Федор Матвеевич. М., 1954. 36 с.

14. Шаповал А. П. Определение сил резания при фрезеровании профильных деталей // Бумажная и деревообрабатывающая промышленность. 1965. №3. С. 35-37.

Саранин Леонид Геннадьевич, студент, saranin53@,mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Маленко Павел Игоревич, канд. техн. наук, доцент, malenko@,tsu. tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

THE STUDY OF THE PROCESS OF MACHINING GEOMETRICALLY-COMPLEX SURFACES FOUNDRY PATTERNS OF WOOD ON THE BASIS OF COMPLEX ROBOTIC

L.G. Saranin, P.I. Malenko 554

The article presents a functional model of cause-and-effect relationships between the accuracy of dimensions, shape and roughness of surfaces of complex configuration of dual curvature of casting models made of wood with technological factors of cutting mode, structural and geometric parameters of the cutting tool taking into account the anisotropy of the properties of wood. The study was conducted on the basis of high-tech complex robotic FANUC on the company "LINKPROMOBORUDOVANIE".

Key words: casting model, robotic complex, multi-ordinate milling, control algorithm, angle of attack, anisotropic material, specific cutting force.

Saranin Leonid Gennadievich, student, saranin53@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Malenko Pavel Igorevich, candidate of technical science, docent, malen-ko@tsu.tula.ru, Russia, Tula, Tula State University