Универсальные сменные многогранные пластины прогрессивных конструкций для токарной обработки

УДК 621.002

УНИВЕРСАЛЬНЫЕ СМЕННЫЕ МНОГОГРАННЫЕ ПЛАСТИНЫ

ПРОГРЕССИВНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ДЛЯ ТОКАРНОЙ

ОБРАБОТКИ

А. С. Хлудов

Рассматриваются вопросы проектирования сменных многогранных пластин прогрессивных конструкций. Описывается экспресс-методика определения положения стружкозавивающих элементов на передней поверхности, обеспечивающих устойчивое дробление стружки. Предлагаются многофункциональные конструкции режущих пластин с дискретной режущей кромкой.

Ключевые слова: резание металлов, сменная многогранная пластина (СМП), передняя поверхность, режущая кромка, дробление стружки.

При организации процесса механической обработки материалов, которые обладают высокими эксплуатационными характеристиками, а при точении дают сливную стружку, в условиях современного машиностроения в автоматизированном производстве повышается необходимость решения задачи обеспечения дробления стружки.

Технологические ограничения по исполнению передней поверхности и режущей кромки сменных многогранных пластин (СМП), которые существовали ранее снимаются возможностями современного инструментального производства. Это позволяет проектировать поверхности режущих пластин принципиально новых конструкций, в том числе решая вопросы с выбором новых форм, как передней, так и задней поверхностей и, соответственно, режущей кромки.

Передняя поверхность современных СМП, которые выпускают как отечественные, так и зарубежные фирмы-производители твердосплавного инструмента, состоит из сопряженных между собой вогнутых, плоских и выпуклых участков. Каждый из этих участков может быть непрерывным, т.е. располагаться по периметру режущей кромки, или локальным — отдельно стоящим в строго определенном месте. Форма, размеры и месторасположение отдельных участков передней поверхности СМП, определяются функциями, которые они выполняют в процессе срезания припуска. Каждый из таких участков может одновременно выполнять одну или несколько функций в процессе резания или менять их при изменении условий обработки. Однако методики проектирования передней поверхности СМП являются секретами фирмы изготовителя и не доступны для отечественных производителей.

В Тульском государственном университете разработан экспресс-методика проектирования передней поверхности СМП, в основе которой положен принцип коррекции существующей формы передней поверхности для условий конкретного производства [1].

328

Известно, что для чистовых режимов обработки изменение «установочного» главного угла в плане ф для СМП стандартного исполнения при выполнении условия ^ £ Я не приводит к изменению параметров поперечного сечения срезаемого слоя. При этом изменяется положение стружкозавивающих элементов относительно направления схода стружки. Соответственно, изменяются условия контакта стружки со стружкозави-вающими элементами, что приводит к изменению параметров витка и траектории ее движения и, как следствие, условий дробления. На рис. 1 приведены образцы стружки, полученной при чистовом точении заготовки из стали 45Х1 резцом, оснащенным пластиной СМК0120408-ИР. Анализ образцов стружки показал, что варьирование значением угла ф можно использовать как технологический прием, позволяющий управлять параметрами витка стружки и траекторией ее движения, что расширяет потенциально возможный диапазон режимов резания с дроблением стружки. Такой технологический прием положен в основу экспресс-методики проектирования передней поверхности СМП.

Рис. 1. Образцы стружки, полученные при точении стали 45Х1 СМП

с индексом формы передней поверхности ИГ с г=204 м/мин, 8=0,15 мм/об, г =0,5 мм при ф: а - 90°; б - 85°; в - 80°; г - 75°; д - 70°;

е - 65°; ж - 60°; з - 55°

Для удобства описания положения поверхностей стружкозавиваю-щего элемента или его отдельных участков предложена система отсчета. В качестве системы отсчета использованы три точки: Q — центр тяжести фигуры, которую очерчивает поперечное сечение срезаемого слоя; О— точка пересечения векторов скоростей при различных значениях глубины резания («базовая») (рис. 2); О - центр дуги окружности формообразующего участка («опорная»).

Векторы скорости, проведенные из точки Qu которая совпадает с центром тяжести фигуры, очерченной поперечным сечением срезаемого слоя, пересекаются в точке <9, принадлежащей передней поверхности, которая может рассматриваться, как «базовая» для оценки места положения локального выступа. Изменение, как глубины резания / в пределах радиуса Я при вершине СМП, так и подачи 5, не вызывает изменения координат точки 0.

Рис. 2. Расчетная схема для определения точки пересечения векторов скоростей при изменении глубины резания

Координаты Хв и точки Q центра тяжести, определяются по за висимостям [2]:

-12.

где 5 - площадь поперечного сечения срезаемого слоя, мм":

5 = -, Я2 - — + Я2 агс8ш— - (Л - 0 • 5,

2 V 4 2Я

где 5 - подача, мм/об; / - глубина резания, мм; Я - радиус при вершине, Параметры 1\ и Ь вычисляется по формулам:

'1 =

-(Я-0(2Ха +*)+^1Я2-3—+Ха^Я2-X2 +

У

+ Я'

агсБш--ьагс81п

4

V

(

2Я

Я

ХА)

где

Координаты Хо и У© точки 0 рассчитывается по зависимостям:

_ + К2

&3 + к ^ '

В работе [3] установлены зависимости для определения коэффициентов к2, к4, к5 и к6.

Экспресс-методика состоит из четырех этапов [4]. Первый этап связан с измерением передней поверхности и построением 3£> модели конструкции СМП. В качестве исходной конструкции передней поверхности принимается существующая конструкция СМП. Второй этап включает расчет параметров поперечного сечения срезаемого слоя: действительной максимальной толщины и действительной ширины. По зависимостям (1-4) рассчитываются координаты точки совпадающей с центром тяжести фигуры, которую очерчивает поперечное сечение срезаемого слоя. Определяется положение «базовой» точки 0. По сканированному изображению исходной режущей пластины проводится анализ топографии передней поверхности СМП и выбирается «опорная» точка О на передней поверхности (рис. 3). Третий этап включает экспериментальное определение положения стружкозавивающего элемента, обеспечивающего благоприятную форму стружки, при этом используется технологический прием описанный ранее.

Рис. 5. Схема для определения начального положения «опорной» точки

На четвертом этапе осуществляется коррекция формы передней поверхности с учетом результатов третьего этапа. Проводится перерасчет результатов измерения профиля передней поверхности, полученных на первом этапе, с учетом системы отсчета и строиться ЗБ модель СМП.

Выступ верхний

В результате использования экспресс-методики устанавливаются параметры отдельных участков скорректированной формы передней поверхности СМП, которая гарантирует дробление стружки с требуемыми формой и параметрами ее элементов.

Форма задней поверхности обусловлена методами ее получения. Возможность варьирование ее формы до настоящего времени не получило пристального внимания как в теоретических, так и в экспериментальных работах. Используя принцип условного разделения активной части режущей кромки по ее функциональному назначению были разработаны конструкции СМП, получившие название «Wiper» или режущие пластины с «видоизмененной» режущей кромкой [5].

В Тульском государственном университете разработана методика проектирования специальных СМП с рациональной формой дискретной режущей кромки с заданным функциональным назначением каждого из ее участков (рис. 4).

Рис. 4. Разделение припуска на два участка

В этом случае, активная часть режущей кромки разделялась на режущий участок АБ\ не участвующий в формировании обработанной поверхности, и формообразующий Б "С, который выполнял функцию формообразования обработанной поверхности. Вершина пластины исполнялась в форме двух ступеней. Припуск / разделялся на срезаемый первой ступенью, и 2 удаляемый с поверхности заготовки второй ступенью.

В зависимости от принятой приоритетности тех или иных задач для конкретного производства, выбирались варианты исполнения активной части режущей кромки на каждой из ступеней и устанавливались численные значения параметров II и ¿2.

Дискретное исполнение режущей кромки обеспечивает создание многофункциональных конструкции СМП, разделяющих припуск для:

получистовой и чистовой обработки, которые позволяют повысить производительность за счет минимизации количества операций;

чистовой и финишной обработки, которые обеспечивают снижение шероховатости;

обработки с повышенными требованиями к виброустойчивости процесса точения.

Список литературы

1. Благовещенский А.В. Управление качеством чистового точения на основе выбора рациональной формы и геометрических параметров передней поверхности режущей пластины / А.В. Благовещенский, О.И. Бори-скин, Ю.А. Хайкевич [и др.] // Тула: Гриф и К, 2007. 208 с.

2. Васин С.А., Хлудов С.Я. Проектирование сменных многогранных пластин. Методологические принципы: монография. М.: Машиностроение, 2006. 352с.

3. Хлудов С.Я. Механизмы стружкодробления при точении: монография. Тула: Изд-во ТулГУ, 2004. 152 с.

4. Борискин О.И., Зябрев С.В., Хлудов С.Я. Прогрессивные конструкции сменных многогранных пластин: монография. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. 162 с.

5. Борискин О.И. К вопросу о проектировании прогрессивных конструкций многофункциональных сменных многогранных пластин./ О.И. Борискин, С.В. Зябрев, А.В. Нуждин [и др.] // Фундаментальные проблемы техники и технологии / Орел, Изд-во ФГБОУ-ВПО Госуниверситет -УНПК, 2012. № 2-6 (292). С.13-19.

Хлудов Алексей Сергеевич, асп., polyteh2010@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

PROGRESSIVE DESIGN OF THE TURNING MULTIPURPOSE INDEXABLE INDSERTS

A.S. Khludov

The question considered in article is projection of replaceable many-sided inserts of progressive designs. The express technique of definition of chip-turning elements position on the face of the inser, which providing steady chip-breaking is described. Multipurpose designs of cutting inserts with a discrete cutting edge are offered.

Key words: cutting of metals, a replaceable many-sided inserts, the forward surface, a cutting edge, shaving crushing.

Khludov Aleksey Sergeevich, postgraduate, polyteh2010@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University