СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ НЕЖЕСТКИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗАГОТОВОК
PROCEDURE FOR TREATMENT OF SURFACE OF NOT-RIGID ELEMENTS OF BLANKS

Изобретение относится к области металлообработки, к обработке плоских поверхностей точных нежестких деталей, например плит, планок и нежестких элементов корпусов.
Известен способ обработки плоских поверхностей нежестких заготовок (патент на изобретение №2198769, РФ, кл. В23С 3/00, 2003 г. - прототип), включающий в себя снятие припуска с одной стороны заготовки и ведение обработки по участкам, каждый последующий из которых обрабатывают с режимами, обеспечивающими формирование значения равнодействующей остаточных напряжений, противоположного значению равнодействующей остаточных напряжений на предыдущем смежном участке. Для расширения технологических возможностей и повышения производительности труда в процессе обработки деформируемые при резании слои металла на несмежных участках подвергают термическому воздействию. Обработку можно вести фрезерованием.
Недостатками данного способа являются низкая производительность и высокая трудоемкость.
Задача изобретения - повышение производительности труда, обеспечение получения высоких параметров точности обрабатываемых поверхностей нежестких элементов деталей.
Технический результат достигается тем, что способ включает снятие припуска с одной стороны заготовки, причем новым является то, что в процессе обработки поверхности действие силы резания, стремящейся отогнуть обрабатываемый нежесткий элемент заготовки от инструмента, компенсируют воздействием приложенных с внутренней стороны обрабатываемого нежесткого элемента усилий, при этом обрабатываемый нежесткий элемент предварительно деформируют (выгибают) в направлении, обратном предполагаемому выгибу детали, возникающему под действием силы резания; обратный выгиб детали ограничивают, при этом обработку ведут попутным фрезерованием.
Изобретение поясняется следующими чертежами:
фиг.1 - схема предварительной деформации нежесткого элемента заготовки;
фиг.2 - схема деформации в сечении С обрабатываемой поверхности АВ;
фиг.3 - схема деформации в сечении В обрабатываемой поверхности АВ;
фиг.4 - нежесткий элемент детали с переменным сечением;
фиг.5 - усилия, возникающие при попутном фрезеровании;
фиг.6 - реакции  и ;
фиг.7 - реакции  и ;
фиг.8 - расчетная схема прогиба δ.
Фиг.4-8 представлены для объяснения использования рассматриваемого способа обработки поверхности нежесткого элемента на примере.
2
Суть способа заключается в том, что обрабатываемый нежесткий элемент заготовки необходимо предварительно отогнуть в направлении инструмента на величину Δ под действием усилия R и ограничить возможность его обратного выгиба в сечении А обрабатываемой поверхности АВ (фиг.1). При обработке поверхности АВ в сечении А прогиб должен равняться нулю. Величина предварительной деформации Δ определяется по формуле Δ=2δ;
1
2
где δ - деформация, вызванная действием силы резания, приложенной к середине обрабатываемой поверхности АВ в сечении С, а также реакциями Rи R (фиг.2).
1
Значение величины прогиба δ, возникшего под действием силы резания и реакций  и , определяется методами «сопротивления материалов», например по способу Верещагина. Реакции R и  также определяются методами «сопротивления материалов» для статически неопределимых систем, например методом сил. При этом должно выполняться условие: прогибы в сечениях А и В обрабатываемой поверхности АВ под действием возникающих реакций  и  и силы резания, действующей непосредственно на сечение С, не возникают (фиг.2).
Используя методы «сопротивления материалов», например метод сил, необходимо также определить усилия  и  при условии: прогибы в сечениях А и В обрабатываемой поверхности АВ под действием возникающих в этих сечениях реакций  и  и силы резания, действующей непосредственно в сечении В, не возникают (фиг.3).
2
2
Усилия, приложенные в сечении В обрабатываемой поверхности АВ, изменяются в диапазоне от R до . По мере приближения участка приложения силы резания к сечению В усилие в нем будет изменяться, пока не достигнет максимального значения, равного значению усилия R*. При этом деформация нежесткого обрабатываемого элемента в сечении В поверхности АВ будет изменяться от значения предварительной деформации Δ до 0.
2
Важным условием способа является то, что значение усилия R не может быть больше значения усилия .
В момент действия силы резания в сечении С прогиба не возникает. Это достигается за счет предварительной деформации Δ.
Использование способа продемонстрировано на примере. Имеется нежесткий элемент детали с переменным сечением (фиг.4). Материал детали - алюминиевый сплав. Обработку ведут попутным фрезерованием, используя цилиндрическую фрезу 2200-0141 ГОСТ 3752-71, диаметром D=50 мм, длиной L=80 мм и количеством зубьев z=12. Используется высокопроизводительное мощное оборудование с частотой вращения шпинделя n=600 об/мин и мощностью N>23 кВт.
1. Расчет режима резания. Определение составляющих силы резания.
Подача:
Z
подача на зуб S=0,25 мм (по справочнику);
Z
подача S=S·z=0,25·12=3 мм;
минутная подача
Скорость резания - окружная скорость фрезы:
ϑ
коэффициенты С=133,5; q=0,45; х=0,3; y=0,4; u=0,1; p=0,1; m=0,33 (по справочнику);
стойкость инструмента Т=120 мин (по справочнику);
Mϑ
Пϑ
Иϑ
коэффициенты K=1,0; K=0,9; K=1,0 (по справочнику);
общий поправочный коэффициент на скорость резания
ϑ
Mϑ
Пϑ
Иϑ
K=К·KK=1,0·0,9·1,0=0,9;
ширина фрезерования В=68 мм;
Сила резания:
P
MР
коэффициенты С=68,2; х=0,86; y=0,72; u=1,0; q=0,86; w=0; K=1,0 (по справочнику);
Крутящий момент на шпинделе:
Мощность резания:
Усилия, возникающие при попутном фрезеровании (фиг.5):
вертикальная составляющая силы резания:
V
Z
P=0,9·P=12875,5 H·0,9=11587,9 H;
горизонтальная составляющая силы резания:
h
Z
P=0,9·P=12875,5 H·0,9=11587,9 H;
момент, действующий на обрабатываемый элемент, определяется:
2. Определение усилий  и  методом сил (фиг.6).
Система канонических уравнений метода сил:
ij
ip
здесь Δ - перемещение в месте приложения единичной силы i в направлении этой силы от единичной силы j; Δ - перемещение в месте приложения единичной силы i от внешней нагрузки;  - реакция i-ой опоры.
i=1, 2; j=1, 2.
Равенство обоих канонических уравнений системы нулю означает, что прогибы в местах расположения опор не возникают (фиг.2).
12
21
Δ=Δ.
11
22
21
12
1P
2P
Перемещения Δ, Δ, Δ, Δ, Δ и Δ определяются:
Z
1i
2i
1i
2i
Pi
здесь n - число простых фигур, на которые разбивается сложная эпюра изгибающих моментов; E - модуль упругости, для алюминиевых сплавов Е=70 ГПа; I - осевой момент инерции; ω и ω - площади простых фигур на единичных эпюрах изгибающих моментов;  и  - ордината на единичной эпюре под центром тяжести фигуры с площадью ω и ω соответственно; ω - площадь простых фигур на грузовой эпюре изгибающих моментов.
Осевой момент инерции поперечного сечения А (фиг.4) равен:
а поперечного сечения Б (фиг.4) равен:
Значения коэффициентов системы канонических уравнений для случая нагружения по фиг.2 будут равны:
4. Определение прогиба δ (фиг.2).
Для определения прогиба δ воспользуемся правилом Верещагина:
1
2
1Pi
2Pi
1i
2i
где I, I- осевые моменты инерции в поперечных сечениях участков (в сечении А и Б соответственно); ω и ω - площади простых фигур эпюр изгибающих моментов не участках с сечениями А и Б соответственно; M и M - ординаты на единичных эпюрах по центрам тяжести простых грузовых эпюр на участках с сечениями А и Б соответственно.
Прогиб нежесткого элемента δ возникает под действием силы резания и реакций подпорок  и  в месте приложения силы резания. На фиг.8 представлена расчетная схема прогиба δ.
2
Определение усилия R.
2
Усилие R определяется по формуле:
Если принять с - жесткость конструкции упругой подпорки, равной
то Δ - предварительная деформация нежесткого элемента заготовки (фиг.1) будет определяться по формуле:
Δ=2δ=2·93=186 мкм,
получим:
2
R=12180,39-12928·0,186=9775,78 H.
Таким образом, чтобы использовать рассматриваемый способ обработки, необходимо отогнуть нежесткий элемент заготовки в сечении В (фиг.1) на величину Δ=186 мкм, ограничить обратный прогиб в сечении А, создать в сечении В переменные усилия.