Инструмент для планетарной обработки отверстий в деталях способом ППД

Известия ТулГУ. Технические науки. 2016. Вып. 8. Ч. 2 УДК 621.777.07

ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ПЛАНЕТАРНОЙ ОБРАБОТКИ ОТВЕРСТИЙ

В ДЕТАЛЯХ СПОСОБОМ ППД

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

Рассмотрен метод выглаживания отверстий в деталях планетарным способом. Спроектирован инструмент, проведён эксперимент, доказывающий эффективность данного метода.

Ключевые слова: раскатник, планетарная обработка, выглаживание, поверхностное пластическое деформирование, финишная обработка отверстий.

Обработка внутренних цилиндрических поверхностей имеет ряд сложностей, связанных с ограниченным доступом в зону обработки и консольным расположением инструмента по отношению к детали. Детали, к которым предъявляются высокие требования по качеству обработанной внутренней поверхности, в первую очередь, содержат поверхности, работающие в условиях трения скольжения или качения - детали двигателя автомобиля, подшипники, втулки и др.

Известно, что обработка методом поверхностного пластического деформирования (ППД) позволяет получать не только геометрические параметры внутренних цилиндрических поверхностей на уровне традиционных методов обработки (растачивание, внутреннее шлифование и т.д.), но и так же получать упрочняющий слой с улучшенными физико — механическими свойствами (износостойкость, усталостная прочность, стойкость к коррозионным воздействиям и т. д.). Этот фактор позволяет увеличить эксплуатационную надёжность получаемых деталей, что немаловажно в условиях современного машиностроения. В производстве для обработки методом ППД отверстий используется как универсальное, так и специальное оборудование с применением сложного инструмента или приспособлений, что делает такой вид обработки трудоемким не обладающим технологической гибкостью.

В условиях развития автоматизации машиностроения как базовой отрасли, а так же, как показывает международная практика, металлообработка все в большей степени базируется на применении высокоскоростных технологий на оборудовании с ЧПУ.

Планетарное формообразование поверхностей в отверстиях деталей является одним из таких способов, который наиболее эффективен по сравнению с традиционным, благодаря высоким скоростям резания и малым подачам, появляется возможность полной обработки за один переход при значительном уменьшением силовой нагрузки на инструмент. Данное обстоятельство определило направление исследовательской работы.

Рассматривается способ ППД при обработке внутренних цилиндрических поверхностей планетарным формообразованием с ударной 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.

С целью расширения технологических возможностей применения ППД планетарным формообразованием внутренних поверхностей в условиях автоматизированного производства на многоцелевых станках с ЧПУ была проведена научная работа по исследованию данного процесса.

Для проведения исследований была спроектирована и изготовлена экспериментальная конструкция инструмента (раскатник), на которую получен патент ( RU № 156042). где рабочим элементом был накатной ролик из твердосплавного материала ВК6 (рис 1).

Рис. 1. Экспериментальный инструмент

Экспериментальные исследования проводились на базе технологического полигона «СТАНКИН» на вертикально-фрезерном станке модели ВМ127М.

Для моделирования процесса формообразования обрабатываемая деталь имела форму бруска из материала Д16 с начальной шероховатостью Кн=1.8.

Эксперименты проводились при различных режимах обработки и дискретно постоянных подач на глубину внедрения накатного ролика в деталь. Одним из основных параметров определения качества обработки ППД является 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 (рис. 2).

В результате были получены предварительные измерения шероxоватости каждой из поверxностей бруска до проведения эксперимента в виде графиков.

Получены графики измерений после проведения эксперимента При изменении минутной подачи и глубины врезания на бруске были получены 13 полос с различной шероxоватостью.

257

Известия ТулГУ. Технические науки. 2016. Вып. 8. Ч. 2

Рис. 2. Измерительный прибор Нотте1-Е1ат1е Т8000

В результате обработки графиков и данных экспериментов выявлены следующие результаты:

В процессе формообразования ППД планетарным способом улучшение качества обрабатываемой поверхности проходит в три этапа.

— 1 этап: На этом этапе влияние на процесс деформации оказывают зазоры в рабочей части конструкции инструмента.

— 2 этап: На этом этапе при увеличении нагрузки выбираются зазоры и жесткостные параметры технологической системы.

— 3 этап: Этот этап характеризуется устойчивостью технологической системы, которая и определяет в конечном итоге качество обрабатываемой поверхности.

Закономерность данных выводов подтверждена графиком (рис. 3).

Глубина вдавливания I фактическая ,мм

Рис. 3. График зависимости шероховатости от глубины вдавливания

258

Исследования зависимостей качества обработанной поверхности по Ra от различных параметров подач показали, что при увеличении минутной подачи в 3 раза шероховатость обрабатываемой поверхности ухудшается на 30 % (рис. 4), что дает возможность определять оптимальные параметры режимов обработки.

О 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Подача S мм/мин

Рис. 4. График зависимости шероховатости от подачи

В результате экспериментальных исследований выявлено, что применение предлагаемого способа обработки отверстий и инструмента даёт возможность повысить шероховатость обрабатываемой поверхности детали от первоначальной Ra=1.8 до Ra=0.02. Этот результат соответствует шероховатости после шлифования, и даёт сделать вывод о перспективности дальнейших разработок в данном направлении.

Учитывая то обстоятельство, что при планетарной обработке резанием отверстий одним из недостатком является огранка получаемой поверхности, то после обработки поверхности отверстия таким способом с ППД огранку можно уменьшить в 2-3 раза и более в зависимости от подбора таких параметров как подача, число и диаметр роликов.

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.

259

Известия ТулГУ. Технические науки. 2016. Вып. 8. Ч. 2

3. Точение деталей сложного профиля с обеспечением заданного микрорельефа поверхности / В.А. Гречишников [и др.] // СТИН. 2015. №8. С. 13-15.

4. Косарев В. А., Середа В.В. Расширение технологических возможностей обработки отверстий в корпусных деталях при планетарном движении инструмента на многоцелевых станках с ЧПУ // Вестник МГТУ «Станкин» №3/15. Москва, 2011. С. 99-101.

5. Косарев В.А. Разработка инструмента с СТМ для планетарного формообразования внутренней резьбы пластическим деформированием // Вестник МГТУ «Станкин». №1. Т. 1 (18). М.: МГТУ «СТАНКИН», 2012. С. 58-60.

6. 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. М., 2012. С. 8-11.

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

Ходакова Екатерина Вадимовна, асп., no format 1488@,mail.ru, Россия, Москва, Московский государственный технологический университет «Станкин»

Литвинчук Дмитрий Павлович, асп., tvik17@mail.ru, Россия, Москва, Московский государственный технологический университет «Станкин»

THE TOOL FOR PLANETARY PROSSESING BY THE METOD OF PPD HOLES IN PARTS

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

Describes a method of burnishing holes in parts of the planetary. For the experiments designed and built the instrument, conducted an experiment proving the effectiveness of this method.

Key words: raskatnik, planetary processing, smoothing, surface plastic deformation, finishing holes.

Kosarev Vladimir Anatolevich, doctor of technical science, professor, vo-ko55@yandex.ru, Moscow, Russia, Moscow State Technological University «Stankin»

Hodakova Ekaterina Vadimovna, postgraduate, noformat I488@ mail.ru, Moscow, Russia, Moscow State Technological University «Stankin»

Litvinchuk Dmitri Pavlovich, postgraduate, tvik17@,mail.ru, Moscow, Russia, Moscow State Technological University «Stankin»