Исследование точности и шероховатости при развертывании глубоких отверстий

В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2004 р. Вип. №14

УДК 62-47:620.191,36

Брижан Т.М.1, Крепак A.C.2

ИССЛЕДОВАНИЕ ТОЧНОСТИ И ШЕРОХОВАТОСТИ ПРИ РАЗВЕРТЫВАНИИ ГЛУБОКИХ ОТВЕРСТИЙ

Разработаны конструкции разверток повышенной жесткости и пониженной виброактивности для обработки глубоких отверстий с конхоидалъной и сферической рабочей частью. Представлены результаты экспериментальных исследований новых СОЖ для развертывания. Рассмотрены перспективные направления совершенствования конструкций инструментов для развертывания глубоких отверстий.

Развертывание глубоких отверстий представляет сложную технологическую проблему, это обусловлено изнашиванием развертки, что влечет за собой изменения диаметра и шероховатости поверхности вдоль оси обработанного отверстия. Кроме этого, глубокие отверстия при L/d > 20, чаще всего обрабатываются с горизонтальной осью развертки на токарно-револьверных и др. станках.

Проблемным при этом является обеспечение достаточной жесткости развертки и звеньев станка, исключающей прогиб инструмента из-за несовпадения осей металлорежущего инструмента и обрабатываемого отверстия, что является источником возникновения возмущающей силы, вызывающей колебания системы. Это является существенной причиной снижения стойкости развертки, ухудшения шероховатости обработанной поверхности и снижения точности и особенно проявляется при выводе инструмента из глубокого отверстия (задиры, царапины) из-за усадки отверстия (d0TB<dpa3B), так как при этом происходит резание (соскабливание) калибрующими зубьями со стороны шейки.

Практических рекомендаций по развертыванию отверстий глубиной до 500 мм и более, диаметром 2(R35 мм в технической литературе практически нет.

Целью работы является решение комплекса вопросов по усовершенствованию существующих и создание новых конструкций рабочей части разверток, применение разверток повышенной виброустойчивости для обработки глубоких отверстий, использование новых СОЖ, снижающих адгезионные явления, налипание частиц обрабатываемого материала и наволакивание его на режущие лезвия разверток.

Стандартные конструкции разверток, как показали исследования, непригодны для обработки глубоких отверстий с высокой точностью и низкой шероховатостью поверхности. Поэтому авторам статьи в первую очередь пришлось решать вопрос разработки новых конструкций разверток, устраняющих отмеченные недостатки стандартных.

Предложены конструкции разверток отличающиеся повышенной жесткостью и пониженной виброактивностью, а также конструкции исключающие повреждение отверстия при выводе инструмента.

Режущие кромки лезвий представляют собою симметричные кривые, обеспечивающие нормальную работу зубьев при выводе из отверстия. В конструкции рабочей части развертки предусмотрена разнонаклонность зубьев, существенно снижающая ее виброактивность.

Развертки с разнонаклонными зубьями позволяют значительно повысить виброустойчивость процесса развёртывания за счёт большого угла наклона зубьев (со = 40°) и разности углов наклона смежных зубьев Асо=4°-6°. Зубья по торцу имеют одинаковый шаг, что обеспечивает постоянство сечения срезаемого слоя и исключает возникновение возмущающей силы, а большой угол со повышает демфирующую способность инструмента. Разнонаклонность зубь-

1 ПГТУ, преп. индустр. техн.

2 ПГТУ, канд. техн. наук, проф.

ев обеспечивает уменьшение вторичных возбуждающих колебаний, возникающих из-за наличия следов вибрации на поверхности резания от прохода предыдущего зуба.

Исследования показали, что с увеличением разнонаклонности амплитуда колебаний уменьшается. При меньшем угле со необходимо в конструкции развертки предусматривать увеличение разнонаклонности зубьев Део.

Безвибрационная работа разверток при скоростях 0.1-0.5 м/с обеспечивается при

Рис. 1 - Зависимость отклонения размера отверстия от угла разнонаклонности Доз.

Проведенные сравнительные исследования влияния стандартных разверток и разверток с разнонаклонными зубьями на шероховатость обработанной поверхности подтвердили результаты вибрационных исследований, что развёртки с разнонаклонными зубьями значительно снижают вибрации и уменьшают шероховатость более чем на класс.

Известно, что стабилизация получаемых параметров отверстия после развертывания в значительной мере зависит от СОЖ.

Выбор и обоснование рациональной рецептуры смазочных составов, применяемых при резании металлов, является важной технологической задачей.

До настоящего времени эта проблема еще не имеет под собой достаточной теоретической

базы.

Основными требованиями, предъявляемыми к СОЖ, являются обеспечение повышенной износостойкости инструмента, термостойкости, нетоксичности, антикоррозийности и низкой стоимости.

Этим требованиям удовлетворяют многие СОЖ, которые применяются в прокатном производстве, они также обладают хорошими смазывающими, антикоррозийными свойствами.

С целью установления эффективности этих СОЖ проведены стойкостные испытания разверток из быстрорежущей стали Р6М5 при обработке стали ОХ18НЮТ.

Испытывались 1- эмульсия 10 %, 2-Аквол-2, 3-СОЖ №1, 4-СОЖ №2. Состав СОЖ №1: вода, Олон-1 %, мыло-0,4 %, вазелиновое масло-0,1 %. Используемый технический олон содержит в своем составе от 25 % до 50 % ацилоинов в виде калиевых или натриевых мыл, остальное - синтетические жирные спирты и несмыляемые углеводы.

Ацилоины - вещества, обладающие свойствами таутомеризации их из формы кетонов в эльфи-ольную форму.

Олон - это название отражающие наличие в веществе спиртовой группы "ОЛ" и кетон-ной - "ОН".

Состав СОЖ №2: вода, моноэтаноламид - 1 %, К2Сг207 - 0,3 %.

Испытание проводилось быстрорежущими развертками с1 = 20мм, ъ = 6, ф = 15°, у = 5°, а=7°, и = 0,15 м/с, 8 = 0,4 мм/об, \ = 0,15мм.

Анализ полученных данных (рис.2) показывает, что применение "олона технического" обеспечивает стабильные результаты по точности и шероховатости и повышает стойкость разверток по сравнению с другими СОЖ, но на поверхности стола станка и инструмента появляются следы коррозии. Следовательно, успешное применение этой СОЖ возможно с введением в её состав антикоррозийных добавок. При применении СОЖ №2 никаких следов коррозии не наблюдается. СОЖ №1 и СОЖ №2 значительно дешевле, нетоксичны, безвредны, не имеют запаха и обеспечивают стабильность размеров и шероховатость обработки Яа=0,3-0,8 мкм, повышение стойкости инструмента на 25-30 %.

80 Т, мин

Рис.2 - Зависимость стойкости инструмента от вида СОЖ:

1 - 10 % эмульсия; 2 - Аквол-2; 3 - СОЖ №1; 4 - СОЖ №2.

Кроме этого, увеличение подачи и скорости резания при работе развертками с разнона-клонными зубьями влияет на шероховатость менее интенсивно, чем при развертывании стандартными развертками (рис.3).

Рис.3 - Зависимость шероховатости от величины подачи, 8о мм/об при развертывании отверстий: 1-стандартными развертками, 2- развертками с разнонаклонными зубьями и чередующимися углами сй1=30°, С02=35°.

Исследованиями установлено, что с увеличением угла со шероховатость снижается

о

а о---------

0 2 4 6

Угол разнонаклонных зубьев, Аса, град

Рис. 4 - Зависимость шероховатости от угла разнонаклонности зубьев развертки: 1 - развертки с углом ш=12°; 2 - развертки с углом со=30°.

Величина Асо обуславливается углом оз. С ростом угла со уменьшается значение Аю. Для углов со=35°-40° лучшие результаты обработки при Асо=3°-40, а для разверток с со=25°-30° следует принимать Асо=5°-60.

Исследования проводились при обработке глубоких отверстий в деталях из сталей 40Х, ОХ18ШОТ и др. при разных режимах резания. Использовались развертки с материалом режущей части - сталь Р6М5. Установлено, что характер выявленных зависимостей существенно не меняется.

Предусматривается продолжение исследования возможности улучшения качества обработки глубоких отверстий предложенными способами.

Выводы

1. Предложенные конструкции разверток для обработки глубоких отверстий обеспечивают нормальную работу при выводе из отверстия, исключаются царапины и задиры.

2. Предложенные конструкции шеек разверток обладают повышенной жесткостью.

3. В результате исследований развертывания глубоких отверстий определены составы СОЖ снижающие шероховатость на полтора класса и обладающие при этом низкой стоимостью.

4. Сравнительные результаты показали: эллипсность отверстий обработанных стандартными развертками 8-15 мкм предлагаемыми 5-8 мкм, конусность 20-40 мкм предлагаемыми 10-15 мкм, корсетность 15-40 мкм предлагаемыми 6-10 мкм.

Перечень ссылок

1. Румбешта В.А. Дис. канд. техн. наук -КПП. Исследование процесса развертывания глубоких отверстий малых диаметров: - Киев, 1974. - 189 с. 05.02.08 / В. А. Румбешта.-04.05.74 -Защищена в 1974; Утверждена 1974;

2. А с. 4053397 СССР, МКИ5 Смазка для холодной обработки металлов.

3. Горенштеин М. М. Трение и технологические смазки при прокатке / М. М.Горинштеин,-Киев: Техшка, 1972. - 128 с.

Статья поступила 16.04.2004