Анализ причин повышенного изнашивания режущей пластины при нарезании усиленной упорной резьбы на заготовках из высокопрочных материалов

ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ РЕЗАНИЕМ

УДК 621. 99

АНАЛИЗ ПРИЧИН ПОВЫШЕННОГО ИЗНАШИВАНИЯ РЕЖУЩЕЙ ПЛАСТИНЫ ПРИ НАРЕЗАНИИ УСИЛЕННОЙ УПОРНОЙ РЕЗЬБЫ НА ЗАГОТОВКАХ ИЗ ВЫСОКОПРОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

В.М. Грязев, А.О. Чуприков

Проведен анализ изнашивания твердосплавных пластин при нарезании усиленной упорной резьбы на заготовках их высокопрочных сплавов. Отмечено, что применяющиеся в промышленности схемы вырезания резьбового профиля приводят к снижению толщины слоя, срезаемого 3-х градусной стороной пластинки ниже допустимого уровня и переходу процесса из резания в выглаживание. Нормализация условий резания требуется проведения дальнейших исследований.

Ключевые слова: высокопрочная заготовка, усиленная упорная резьба, схемы вырезания профиля.

Нарезание резьбы является одним из первых процессов, для которых были созданы токарные станки [1]. Кроме нарезания резьбы резцами известно множество прогрессивных способов формирования резьбы [2]. Однако нарезание резьб на термобработанных до высокой твердости заготовках осуществляется исключительно резьботочением методом последовательных проходов.

Обзор литературы показывает, что в настоящее время работы, посвященные нарезанию резьбы резцами, проводятся отечественными и зарубежными исследователями, при этом используются твердосплавные пластины проверенных марок.

Для повышения производительности процесса нарезания резьбы производят оптимизацию схемы резания, что сводится, по сути дела, к минимизации количества проходов при удовлетворительной стойкости инструментов. Если вырезание профиля производится одиночным резцом, то всякая оптимизация, то есть сокращение количества проходов, приводит к увеличению толщины срезаемого слоя. Ограничением же здесь является прочность резца: его вершинного режущего лезвия [3]. Поэтому при назначении режимов резания обычно большое внимание уделяется определению максимально возможной величине подачи врезания на рабочий ход.

В работах [4, 5] показано, что при нарезании усиленной упорной резьбы с углами профиля 3° и 45° [6] (рис. 1), являющуюся нетехнологичной вследствие чрезвычайно малого радиуса впадины резьбы, происходит ускоренный физический и размерный износ инструмента в области его вершины, на пересечении вершинной и боковой режущей кромкой, формообразующей 3-х градусную сторону профиля (рис. 2).

Рис. 1. Профиль резьбы СП. УП.104х3

Рис. 2. Износ задней поверхности на пересечении вершинной и боковой режущей кромки, формообразующей 3-х градусную сторону профиля

В результате этого потенциал резьбовых резцов по допустимому износу используется нерационально, что сокращает ресурс его продуктивной работы.

Указанный недостаток частично устраняется путем применения комбинированной схемы, при которой значительный объем резьбовой впадины предварительно вырезается другим резцом с более прочной верши-

ной. Это делается для того, чтобы максимально разгрузить наиболее уязвимую вершину резьбового резца, которая подвержена наибольшему изнашиванию. Для реализации предложенного способа создан резец с поворотной державкой [7], позволяющий при смене черновой пластинки на чистовую - точно попадать в нитку нарезаемой резьбы.

Для повышения стойкости пластины прибегают обычно к уменьшению толщины срезаемых слоев металла, вырезаемого из впадины резьбы [8]. Следуя этой логике, с учетом технологических ограничений, была реализована схема вырезания резьбового профиля, представленная графически на рис. 3.

Черновые проходы

Рис. 3. Схема вырезания резьбового профиля

Из рисунка видно, что максимальная толщина срезаемого слоя наблюдается на вершине резца, а на стороне, формирующей 3-х градусную сторону профиля резьбы - толщина срезаемого слоя исчезающе мала. Об этом же можно судить по данным таблицы, в которой приведены численные значения толщин слоев металла, срезаемых каждой режущей кромкой в соответствии со схемой резания, изображенной на рис. 3.

Существует экспертное мнение, что повышенный износ пластины на 3-х градусной стороне профиля связан с тем, что этой стороне при врезании в радиальном направлении, приходится срезать очень тонкие слои, при которых резание переходит в пластическое деформирование.

Косвенно это подтверждается тем фактом, что на вершине нарезанной резьбы образуется заусенец из уплотненного металла. Производственники говорят: «по 3-х градусной стороне профиля происходит выдавливание металла».

Для борьбы с этим явлением был разработан способ нарезания резьбы, при котором после цикла резьбонарезания производился зачистной проход проходным резцом, а затем калибрующий резьбонарезной проход без дополнительного врезания в заготовку [9]. Данный прием позволил устранить брак по наружному диаметру резьбы.

Параметры схемы вырезания резьбового профиля

№ прохо- да Подача врезания, мм Площадь срезаемого слоя ^ср.с мм Толщина срезаемого слоя, мм; сторона 45° Толщина срезаемого слоя, мм; сторона 3°

1 0,1342 0,069544

2 0,2013 0,139813 0,1423 0,0105

3 0,1389 0,121406 0,0983 0,0073

4 0,1066 0,106914 0,0754 0,0056

5 0,0899 0,099461 0,0636 0,0047

6 0,0792 0,094608 0,0560 0,0041

7 0,0716 0.091263 0,0506 0.0037

8 0,0658 0,088697 0,0466 0.0034

9 0,0613 0,086670 0,0433 0,0032

10 0,0575 0,084967 0,0407 0,0030

11 0,0544 0,083521 0,0385 0,0028

12 0,0518 0,082424 0,0366 0,0027

13 0,0495 0,081319 0,0350 0,0026

14 0,0474 0,080450 0,0336 0,0025

15 0,0457 0,079634 0,0323 0,0024

16 0,0440 0,078922 0,0311 0,0023

17 0,0426 0,078267 0,0301 0,0022

18 0,0413 0,077702 0,0292 0,0022

19 0,0401 0,077161 0,0284 0,0021

20 0,0390 0,076668 0,0276 0,0020

21 0,0380 0,076242 0,0269 0,0020

22 0,0371 0,075799 0,0262 0,0019

23 0,0361 0,075350 0,0256 0,0019

24 0,0354 0,075120 0,0250 0,0019

25 0,0346 0,074697 0,0245 0,0018

26 0,0339 0,074297 0,0239 0,0018

27 0,0333 0,074154 0,0235 0,0017

28 0,0326 0,073720 0,0230 0,0017

29 0,0320 0,073561 0,0226 0,0017

В Советском Союзе были изучены явления, происходящие при срезании тонких слоев металла [10-12]. Сложилось мнение, что минимальная толщина срезаемого слоя й^п прямо зависит от радиуса скругления ре-

жущего клина р и в 2.. .4 раза меньше его [11]. Единственная теоретически обоснованная и удовлетворяющая экспериментальным данным зависимость, связывающая названные величины, предложена в работе [10]:

атт = 0,293Р •

Если вопрос о величине минимального радиуса скругления р для инструментов из быстрорежущей стали достаточно хорошо изучен, то для инструмента из твердого сплава в этом вопросе имеется много неясностей, так как в работе. [13] отмечается, что при доводке алмазным оселком р может достигать 10 мкм. Для проверки возможности получения более острых лезвий Мягковым Ю.В. затачивались твердосплавные резцы алмазными кругами типа АЧК-АСР-125/100 - 100 - Б1 на плоскошлифовальном станке модели ПШ-30540 [12].

Радиус скругления режущего клина после заточки находится в пределах 2 - 4 мкм, а после прохождения пути резания длиной 10 м со скоростью 0,5 м/с - достигал 4 - 9 мкм. Можно полагать величину радиус скруг-ления режущего клина в процессе эксплуатации твердосплавного инструмента р » 0,01мм . Тогда ат^ » 0,003мм.

Из приведенной таблицы видно, что такая толщина срезаемого слоя имеет место только до 10 реза, а затем она становится меньше допустимой величины. Т.е. последние 19 резов большая часть 3-х градусной стороны пластинки не режет, а выглаживает нарезанную поверхность резьбы.

Если считается установленным в теории резания факт, что большая часть тепла при резании переходит в стружку, то для 3-х градусной стороны пластинки это положение теряет смысл, т.к. собственно стружка не образуется. При этом тепло, выделяющееся в процессе выглаживания, распределяется между заготовкой и пластинкой, Но контактная поверхность заготовки все время меняется, а пластинка контактирует с заготовкой одной и той же режущей гранью. Это приводит к её перегреву и снижению износостойкости.

Вершина резца при этом вырезает металл из впадины в сильно стесненных условиях, что приводит к повышению её температуры и соответственно, к повышенному изнашиванию [14].

Отсюда следует вывод, что схемы вырезания резьбового профиля, применяемые при нарезании усиленной упорной резьбы с углами профиля 3° и 45° в производственных условиях, не являются рациональными и требуют для их совершенствования дальнейших исследований.

Список литературы

1. Ямников А.С., Маликов А.А. История развития технологической науки: учебное пособие. Изд. 2, исп. и доп. /Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. 424 с.

2. Прогрессивные технологии резьбообработки: учеб. пособие / Ям-ников А.С., Маликов А.А., Ямникова О.А. [и др.] /Под ред. А.С. Ямникова / Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. 293 с.

3. Пушмин Б. М., Гостева Г.К., Давыдов В.Д. Определение предельных значений «ломающих» подач при нарезании упорных резьб / Технология машиностроения. Исследования в области технологии машиностроения и режущего инструмента. Тула, ТПИ. 1972. Вып. 26. С. 146 - 152.

4.Чуприков А.О., Иванов В.В. Повышение точности токарной обработки тонкостенных деталей // Вестник машиностроения. №6, 2012. С. 60 -61.

5. Ямников А.С., Иванов В.В., Чуприков А.О. Снижение систематических погрешностей при токарной обработке тонкостенных сварных корпусов// Справочник. Инженерный журнал. № 9, 2013. С. 31-36.

6. ГОСТ 13535-87 Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба упорная усиленная, 45 градусов.

7. Пат. 106160 РФ, МПК В 23 В 29/00. Резец с поворотной державкой. / Ямников А. С., Кузнецов Е. Ю., Маликов А. А., Сидоркин А. В.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Тульский государственный университет», опубл. 10.07.2011, Бюл. № 19, 2 с.

8. Кузнецов Е. Ю., Ямников А. С. Использование САМ (АСТПП) систем для составления управляющих программ многопроходного нарезания витков червяков / Известия ТулГУ. Технические науки. 2013. Вып. 8. С. 86-95.

9. А.с. № 1563874 (СССР) Способ нарезания резьбы //Ямников А.С., Красильников В.М., Гамов С.Г., Макарченков В.М. /БИ № 18, 1990 г.

10. Львов Н.П., Определение минимальной возможной толщины срезаемого слоя. Станки и инструмент», 1969, № 4. с. 21-33.

11. Маргулис Д. К., Протяжки переменного резания, М - Свердловск, Машгиз, 1962. 269 с.

12. Ямников А. С., Мягков Ю.В. Определение минимальной удельной нормальной силы, необходимой для начала резания/ Известия ВУЗов. М., Машиностроение, № 12, 1979. С. 111-115.

13. Хает Г.П. Прочность режущего инструмента. М. «Машиностроение», 1975. 186 с.

14. Табаков В.П., Сагитов Д.И. Исследование влияния износостойких покрытий на тепловое и напряженное состояние резьбонарезного токарного инструмента // Упрочняющие технологии и покрытия. 2012. № 4.

С. 33-38.

Грязев Василий Михайлович, магистрант, tula.ru, Россия, Тула, Туль-

ский государственный университет,

Чуприков Артем Олегович, инженер, аНет1те@,гатЫег• ги, Россия, Тула, ОАО «Тульский оружейный завод»

THE ANALYSIS OF THE REASONS OF THE INCREASED WEAR OF THE CUTTING

PLA TE WHEN CUTTING THE STRENGTHENED PERSISTENT CARVING ON PREPARA TIONS FROM HIGH-STRENGTH MA TERIALS

V.M. Gryazev, A. O. Chuprikov

The analysis of wear of hard-alloy plates is carried out when cutting the strengthened persistent carving on preparations of their high-strength alloys. It is noted that the schemes which were applied in the industry of cutting of a carving profile lead to decrease in thickness of the layer which is cut off by the 3-degree party of a plate is lower than admissible level and to transition of process of cutting to a burnishing. Normalization of conditions of cutting is required carrying out further researches.

Key words: the high-strength preparation, the strengthened persistent carving, schemes of cutting of a profile.

Gryazev Vasily Mikhaylovich, undergraduate, tms@tsu.tula.ru, Russia, Tula, Tula state university,

Chuprikov Artem Olegovich, engineer, artemline@rambler. ru, Russia, Tula, JSC Tula Small-arms Factory