Повышение эффективности процесса торцового фрезерования методом управления режущей частью инструмента из композита 10

Технические науки

УДК 621.9

Кудряшов Евгений Алексеевич Evgeny Kudryashov

Смирнов Игорь Михайлович Igor Smirnov

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА ТОРЦОВОГО ФРЕЗЕРОВАНИЯ МЕТОДОМ УПРАВЛЕНИЯ РЕЖУЩЕЙ ЧАСТЬЮ ИНСТРУМЕНТА ИЗ КОМПОЗИТА 10

INCREASE OF FACE MILLING PROCESS EFFICIENCY BY THE METHOD OF CONTROL OVER CUTTING PART OF THE TOOL MADE OF THE COMPOSITE 10

Представлена методика определения наиболее благоприятных условий первоначального контакта режущей части инструмента из композита 10 (зуба торцовой фрезы) с обрабатываемой конструктивно сложной поверхностью заготовки при торцовом фрезеровании. Методом управления режущей частью инструмента из композита 10 найдены оптимальные условия контакта, при помощи которых обеспечивается повышение работоспособности инструмента и эффективность процесса прерывистого резания в целом. На примере показано действие метода управления режущей частью инструмента и преимущества предлагаемых технологических решений перед традиционно применяемыми в металлообработке операций шлифования

Ключевые слова: эффективность, технология, композит, фрезерование, метод управления, конструктивная сложность, металлообработка

The technique of defining optimum conditions of initial contact of cutting part of the tool made of the composite 10 (tooth of a face mill) with a processed structurally difficult surface of preparation at face milling is presented. By the method of control over cutting part of the tool made of a composite 10 the optimum conditions of contact were found. With their help an increase of the tool operability and efficiency of faltering process of cutting as a whole is provided. On the example, the action of the method of control over cutting part of the tool and advantages of proposed technological solutions as compared to traditionally applied in metal working grinding operations are shown

Key words: efficiency, technology, composite, milling, method of control, constructive complexity, metal working

Прочность инструментального материала во многом зависит от комплекса технологических факторов, вступающих во взаимодействие с режущим инструментом в процессе обработки. В первую очередь, это наличие ударно-импульсной нагрузки, возникающей при обработке

конструктивно сложных поверхностей и вследствие особенностей кинематики процесса резания (торцовое фрезерование характеризуется периодическим контактом с обрабатываемой заготовкой, наличием рабочих ходов и холостых пробегов инструмента).

Вопрос повышения эффективности процесса резания инструментальными материалами за счет особого расположения инструмента и заготовки впервые рассмотрен в отечественной технической литературе проф. Н.И. Резниковым и получил дальнейшее развитие в трудах Н.Н. Зорева, М. Кроненберга, Б.А. Кравченко, В.Н. Поду-раева, В.А. Остафьева и др. [1-10].

Расширим область знаний в этом вопросе на примере чистового торцового фрезерования конструктивно сложной детали инструментом из композита.

Рассмотрим схему торцового фрезерования и условия первоначального контакта режущей части инструмента с обрабатываемой поверхностью заготовки, рис. 1, поз а.

Рис. 1. Схема торцового фрезерования и условия первоначального контакта режущей части инструмента с обрабатываемой поверхностью инструмента: 1 - торцовая фреза; а - схема врезания зуба в обрабатываемую поверхность заготовки; 2 - заготовка с продольными пазами; 3 - магнитная плита для закрепления заготовки и установки ее на станке; 4 - зуб фрезы;

£ - глубина резания, мм

Заготовка на обрабатываемой поверхности имеет продольные пазы, что в сочетании с кинематикой процесса торцового фрезерования создает осложненные условия резания.

Возникающие в процессе прерывистого резания циклические быстросменные механические и тепловые нагрузки приводят к интенсивному разрушению режущей

части инструмента, причем самым слабым его местом является вершина. Для смягчения отрицательных факторов прерывистого резания известны некоторые технологические решения: уменьшение режимов резания, разделение припуска на несколько проходов, применение положительного угла наклона режущей кромки инструмента, которые не обеспечивают ощутимого

положительного эффекта. Поэтому в практической деятельности при чистовой и отделочной обработке плоских конструктивно сложных поверхностей чаще всего применяется операция «шлифование».

Как следует из схемы торцового фрезерования конструктивно сложной повер-

хности детали (рис. 1), в зависимости от первоначального положения зуба фрезы с обрабатываемой поверхностью заготовки, угол первоначального контакта 8 зависит от диаметра фрезы D и расстояния I, характеризующего положение центра фрезы относительно кромки заготовки, рис. 2.

1 ^ 1 ^ / 1 \ / 1 \

1 / 1 \ 1 V -

( \ >'-'Л \ 1 1 1

0: \ 1 / \ 1 / 1 1

Рис. 2. Условия первоначального контакта зуба фрезы и обрабатываемой

поверхности заготовки

При этом можно создать условия, при которых контакт режущей части инструмента с обрабатываемой поверхностью заготовки будет иметь точечный, линейный или плоскостной характер в одном из девяти возможных положений:

а) точечный контакт (Я, Т, и, V);

б) линейный контакт (ЯТ, Ти, иУ, VS);

в) плоскостной контакт (ЯШУ), рис. 1, табл. 1.

Очевидно, что наиболее благоприятные условия работоспособности инструмента будут иметь место в условиях и (ЯТиУ) контакта, когда врезание зуба фрезы в заготовку происходит в наиболее удаленной от вершины режущей части с равномерным

распределением ударной нагрузки на всю контактную поверхность.

На примере применения метода управления режущей частью инструмента рассмотрим возможные условия первоначального контакта зуба торцовой фрезы с обрабатываемой поверхностью.

Для исследуемых условий принимаем следующие исходные данные:

— диаметр фрезы D = 200 мм; ширина заготовки Ь = 150 мм; угол резца в плане ф = 85 0 (по уравнению М. Кроненберга ф = 90 0 — х = 5 0); осевой передний угол уос = 7 0; радиальный передний угол ур = —4 0; условия контакта, зуб фрезы — обрабатываемая поверхность, приведены в таблице.

Схемы и расчетные зависимости, характеризующие условия контакта зуб фрезы - обрабатываемая поверхность заготовки

Условия контакта

У = Л<0

Зависимость условий контакта

по

М. Кроненбергу

по

В. Шульцу

авторов

ур > 8

tgф<

ШГР -

в > с

с

8Ш е = 1--0;

В

с0 = В - с -1;

ур > 8

tgP>

- tgs

8 < с

tgs<

tgЛ .

Ур > 8

tgP<

ШГР - Ще

8 > с

008

tgrp = tgy

- tgЛ • 008 <р;

tgroc < tgr 008 <р -

- tgЛ • 8Ш ср;

Ур > 8

tgP>

- tge

8 < с

с = ЧгР -

tgф

ур > 8

tgP =

- tgs

8 = с

Ур < 8

tgp =

ШГо.

- tgs

8 = с

Ур = е

+Уо

+Уо

Ур = е

"Уо

Ур = е

Уос = О

Уос = О

Из рис. 2. и таблицы следует: l = 0,5 D  sin s; C = 1,33; X — угол наклона главной режущей кромки.

Из условий примера и таблицы следует:

1) осевой передний угол уос > 0 ^ контакт 9 невозможен;

2) осевой передний угол +уос ^ контакт 8 невозможен;

3) радиальный передний угол и угол первоначального контакта равны, т.е. ур = 8, 1 = 6,98 мм ^ контакт 7 невозможен.

На рис. 3 представлена торцовая фреза и возможные вариации ее первоначального контакта с обрабатываемой поверхностью заготовки.

Рис. 3. Схема вариантов первоначального контакта зуб торцовой фрезы - обрабатываемая поверхность заготовки

При условии ур < 8 (1 > 7), согласно таблице, должны иметь место наиболее благоприятные варианты контакта: 3, 4, 6. Рассмотрим возможные вариации:

— при варианте контакта 6 (и-У) 8 = С, или 8 = -53,20; для этого значения из таблицы может быть выделено два возможных контакта: 3 или 4 (ур < 8), но, принимая во внимание, что 8 < С — для рассматрива-

емого примера, фреза вступает в контакт с заготовкой с V — контактом (контакт 4);

— при ширине заготовки b = 150 мм, для полной обработки заготовки, величина l должна находиться в пределах b - D/2...D/2. Sin у = (D-2b)/D, или sin уос = (200...300)/200 = -0,5, откуда У<к = 300; между этими значениями лежит угол линейного контакта у , = s, = -53,20. Оба

' ос1 1 '

граничных значения уос (уос1) меньше радиального переднего угла ур, так как они отрицательны (ур > s) — соответствуют вариантам контакта: 1, 2 и 5, а именно:

— при угле 53,20 — контакт 5 — линейный TS — контакт; величина l = b+0,5  sin уос или l = 150-0,52000,802 = 69,8 мм. Для значений между b — D/2 = 150...100 = 50 мм и l = 69,8 tg s < С, что соответствует Т-контакту (контакт 2); при l>69,8 мм имеет место S — контакт (контакт 1).

Анализируя рис. 3, можно сделать следующие заключения:

— для значений l /D > 0,0349 фреза работает в условиях V — контакта;

Литература-

1. Зорев Н.Н. Обработка стали твердосплавным инструментом в условиях прерывистого резания с большими сечениями среза // Вестник машиностроения. 1963. № 2. С. 62-65.

2. Кравченко Б. А. Силы, остаточные напряжения и трение при резании металлов. Куйбышев: КПИ, 1962. 179 с.

3. Кудряшов Е.А. Эффективность инструментального материала композит 10 при обработке конструктивно сложных поверхностей деталей машин // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. Научный журнал. Иркутск: ИрГУПС, 2010. № 2 (26). С. 245-247.

4. Кудряшов Е.А. Эффективная работа инструмента из композита в условиях прерывистого резания // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. Орел: Государственный университет - УНПК, 2011. № 6 (290). С. 79-84."

5. Кудряшов Е.А. Точение конструктивно сложных поверхностей деталей инструмента из композита // Обработка металлов. Технология. Оборудование. Инструменты. Новосибирск, 2012. № 2 (55). С. 50-55.

6. Кудряшов Е.А., Емельянов С.Г., Яцун Е.И. Технологическое оснащение процессов изготовления конструктивно сложных деталей. Старый Ос-кол: ТНТ, 2013. 268 с.

7. Кудряшов Е.А., Смирнов И.М. Скоростное фрезерование резьбы вращающимися резцами // Обработка металлов. Технология. Оборудование. Инструменты. Новосибирск, 2013. № 1 (58). С. 4-8.

8. Кудряшов Е.А., Смирнов И.М. Эффективная работа инструмента из композита при скоростном фрезеровании резьбы // Обработка металлов. Технология. Оборудование. Инструменты. Новосибирск, 2013. № 2 (59). С. 25-32.

- для значений 0,0349 > l /D > - 0,3490 фреза работает в условиях S — контакта;

— для значений l /D < 0,0349 фреза работает в условиях Т — контакта.

Представленный метод управления режущей частью инструмента позволяет до начала обработки расчетным путем выбрать наиболее благоприятные условия оптимального контакта режущей части (зуба фрезы) и обрабатываемой поверхности заготовки, тем самым повысить работоспособность инструмента из композита 10 и эффективность торцового фрезерования конструктивно сложных поверхностей деталей в целом.

_References

1. Zorev N.N. Vestnik mashinostroeniya (Bulletin of mechanical engineering). 1963. no. 2. P. 62-65.

2. Kravchenko B.A. Sily, ostatochnye naprya-zheniya i trenie pri rezanii metallov (Forces, residual tension and friction in the process of cutting metals). Kuybyshev: KPI, 1962. 179 p.

3. Kudryashov E.A. Sovremennye tehnologii. Sistemny analiz. Modelirovanie. Nauchny zhurnal. (Modern technologies. System analysis. Modeling. Scientific magazine). Irkutsk: IrGUPS, 2010. no. 2 (26). P.245-247.

4. Kudryashov E.A. Fundamentalnye i priklad-nye problemy tehniki i tehnologii (Fundamental and applied problems of equipment and technology). Orel: Gosudarstvenny universitet. UNPK, 2011. no. 6 (290). P. 79-84.

5. Kudryashov E.A. Obrabotka metallov. Tehnologiya. Oborudovanie. Instrumenty. (Processing of metals. Technology. Equipment. Tools.) Novosibirsk. 2012. no. 2(55). P. 50-55.

6. Kudryashov E.A., Emeliyanov S.G., Yatsun E.I. Tehnologicheskoe osnashhenie protsessov izgo-tovleniya konstruktivno slozhnyh detaley (Technological equipment of processes of structurally difficult details production). Stary Oskol: TNT, 2013. 268 p.

7. Kudryashov E.A., Smirnov I.M. Obrabotka metallov. Tehnologiya. Oborudovanie. Instrumenty. (Processing of metals. Technology. Equipment. Tools.). Novosibirsk, 2013. no. 1 (58). P. 4-8.

8. Kudryashov E.A., Smirnov I.M. Obrabotka metallov. Tehnologiya. Oborudovanie. Instrumenty. (Processing of metals. Technology. Equipment. Tools.) Novosibirsk, 2013. no. 2(59). P. 25-32.

9. Остафьев В.А. Расчет динамической прочности режущего инструмента. М.: Машиностроение, 1979. 168 с.

10. Подураев В.Н. Обработка резанием с вибрациями. М.: Машиностроение, 1970. 350 с.

9. Ostafiev V.A. Raschet dinamicheskoy proch-nosti rezhushhego instrumenta (Calculation of dynamic durability of the cutting tool). M.: Mechanical engineering, 1979. 168 p.

10. Poduraev V.N. Obrabotka rezaniem s vi-bratsiyami (Processing by cutting with vibrations). M.: Mechanical engineering, 1970. 350 p.

Коротко об авторах_

Кудряшов Е.А., д-р техн. наук, профессор, профессор каф. «Машиностроительные технологии и оборудование», Юго-Западный государственный университет, г. Курск, Россия kea-swsu@1ist.ru

Научные интересы: технология и оборудование механической обработки

Смирнов И.М., канд. техн. наук, доцент, генеральный директор ОАО НИИИ, г. Балашиха, Московская область, Россия oaoiii@pochta.ru

Научные интересы: технология и оборудование механической обработки

_Briefly about the authors

E. Kudryashov, doctor of technical sciences, professor, professor of Machine-building Technologies and Equipment department, South Western State University, Kursk, Russia

Scientific interests: technology and machining equipment

I. Smirnov, candidate of technical sciences, associate professor, general director of JSC NIII, Balashikha, Moscow region, Russia

Scientific interests: technology and machining equipment