Обеспечение показателей качества конструктивно сложных деталей при торцовом фрезеровании

Технические науки

УДК 621.9

Кудряшов Евгений Алексеевич Evgeny Kudryashov

Смирнов Игорь Михайлович Igor Smirnov

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА КОНСТРУКТИВНО СЛОЖНЫХ ДЕТАЛЕЙ ПРИ ТОРЦОВОМ ФРЕЗЕРОВАНИИ

PROVIDING INDICATORS OF QUALITY OF STRUCTURALLY DIFFICULT DETAILS AT FACE MILLING

Представлены результаты исследования работоспособности торцовой фрезы, оснащенной инструментальным материалом композит 10. Для повышения стойкости инструмента на каждом зубе подготовлена кромка, параллельная обрабатываемой поверхности заготовки, выполняющая роль за-чистного элемента режущей части зуба фрезы.

Задача экспериментального исследования рассмотрена на примере обработки конструктивно сложной поверхности детали «вставка» (продольный паз, создающий прерывистость резания) с определением показателей, характеризующих качество и эффективность процесса с применением композита 10.

Представлена зависимость шероховатости обработки конструктивно сложной поверхности детали от изменения режимов резания и твёрдости материала заготовки.

Приведён пример замены операции плоского шлифования на торцовое фрезерование с использованием режущих ножей из композита 10

Ключевые слова: технология, композит, фрезерование, конструктивная сложность, режимы резания, качество обработки

The research results of workability a face mill equipped with the tool material Composite 10 are presented. For increase of firmness of the tool, on each tooth the edge parallel to a processed surface of the preparation, a carrying-out role of a dressed element of cutting part of tooth of a mill is prepared.

The problem of a pilot study is considered on the example of processing of structurally difficult surface of a detail «Insert» (longitudinal groove creating intermittence of cutting) with definition of the indicators characterizing quality and efficiency of process with application of a Composite 10.

The dependence of processing roughness of structurally difficult surface of a detail on the change of modes from cutting and hardness of a prepared material is presented.

The example of replacement of the operation of flat grinding on face milling with the use of cutting knifes made of a Composite 10 is given

Key words: technology, composite, milling, constructive complexity, cutting modes, quality of processing

Анализ возможных областей применения композитных инструментальных материалов в качестве инструментального оснащения чистовых операций точения, растачивания и торцового фрезерования конструктивно сложных поверхностей детали классов: валы, втулки, корпусные детали, некруглые стержни и др. по многим аспектам отдаёт преимущество инструментальному материалу композит 10 [1-5].

По своей природе, специфике получения и трещиностойкости, а также режущим свойствам композит 10 превосходит все известные марки композитов, применяемых в металлообработке. Результаты исследований свидетельствуют о неоспоримых преимуществах этого прогрессивного инструментального материала при обработке конструктивно сложных поверхностей деталей из разнообразных конструкционных материалов [6-10].

Композит 10 при обработке прерывистых поверхностей деталей (сочетание обрабатываемой основой поверхности с дополнительными элементами конструкции, такими как: пазы, выточки, второстепенные отверстия и др.), при относительно малом размерном износе, позволяет обрабатывать крупные партии деталей с точностью не грубее 6...7 квалитета и шероховатостью не более 1,25 мкм, вплоть до достижения критического значения износа инструмента < 0,40 мм, принятого в качестве технологического критерия условий чистового прерывистого резания.

Для рассматриваемого вопроса наибольший интерес представляют результаты исследований, связанные с получением в условиях прерывистого резания заданных показателей качества.

Возникающие в процессе прерывистого резания циклические быстросменные механические и тепловые нагрузки приводят к интенсивному разрушению режущей части инструмента (зуба фрезы) , причем самым слабым его местом является вершина. Для смягчения действия отрицательных факторов, влияющих на работоспособность

инструмента, могут быть применены следующие действия: уменьшение режимов резания, разделение припуска на несколько проходов и др.

В качестве технологического решения по улучшению условий работы инструмента из композита 10 нами внесены изменения в конструкцию сборной регулируемой торцовой многозубой фрезы со вставными зубьями, а именно: на каждом зубе подготовлена режущая кромка, параллельная обрабатываемой поверхности заготовки, выполняющая роль зачистного элемента режущей части зуба фрезы.

Зуб торцовой фрезы имеет главную режущую кромку АБ, переходную (зачис-тную) режущую кромку Б В и вспомогательную режущую кромку ВГ. Конструкция фрезы позволяет применять сменные вставки из композита 10 с геометрией режущей части, показанной на рис. 1.

Задача экспериментального исследования рассмотрена на примере обработки детали «вставка» с определением показателей, характеризующих качество и эффективность обработки детали инструментом из композита 10 (табл. 1).

Условия реализации экспериментов:

1) качество обработки определяется параметром шероховатости Иа (мкм) — средним арифметическим отклонением профиля, Иа < 1,25 мкм;

2) технологический критерий работоспособности инструмента — момент выхода шероховатости обрабатываемой поверхности через границу 1,25 мкм (соответствует высоте площадки износа по задней поверхности зубьев фрезы И3 < 0,40 мм);

3) припуск под чистовое фрезерование не более 0,100 мм, снимается за один проход;

4) осевое биение зубьев фрезы на оправке станка не более 0,05 мм; величина радиального биения не более 0,05 мм.

Результаты экспериментального исследования представлены в табл. 2 и на рис. 2.

Рис. 1. Геометрические параметры режущего зуба торцовой фрезы

Таблица 1

Описание технологической характеристики детали «вставка»

Деталь «вставка»

Физико-механические свойства материала детали из стали 38ХС

Механические

Физические

МПа

%

кси,

Дж/см2

Y,

г/см3

X,

Вт/

а-10-6, 1 / 0 С

980 768

12

50

62

69

7,6

38

12,3

Обрабатываемые поверхности, мм

Квалитет

Шероховатость

I = 120

В = 40

Ь1 = 10

Н = 14

Ц = 5

,ТГ 7

Иа < 1,25 мкм

Способ обработки

Базовый

Проектный

Плоское шлифование

Торцовое фрезерование композитом 10

т

в

Результаты экспериментальных исследований

Таблица 2

Режимы резания

V, м/с эе, мм/зуб Эт, мм/мин п, мин-1

2,0 - 7,0 0,01 - 0,04 140 - 355 560 - 1400

Результаты исследования

Варианты твёрдости обрабатываемого металла Средние групповые значения Ра > мкм) при скорости резания, м/с

2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0

НРС 62 базовый 1 1,08 0,82 0,70 0,62 0,79 0,97

НРС 32 2 1,66 1,16 0,88 0,78 0,94 1,28

НРС 20 3 2,08 1,20 1,05 0,96 1,19 1,56

Яа, мкм

0,400

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0 V, м/с

20 32

62 НЯС 0,01 0,02 0,03 ммй>б

Рис. 2. Зависимость шероховатости обработанной поверхности от технологических факторов процесса чистого торцового фрезерования композитом 10

На основе реального технологического процесса обработки детали «вставка» в условиях производства показан пример успешной замены операции плоского шлифования на операцию торцового фрезерования, инструментом из композита 10 (табл. 3).

В результате замены операции шлифования на фрезерование производительность обработки увеличилась в пять раз, исключен брак, вследствие прижогов обрабатываемой поверхности.

Таблица 3

Информационная карта процесса механической обработки

Операция Режущий инструмент Режимы резания ^сн, мин T,

N, мин-1 V, м/с Sz, мм / зуб t, мм i Sm, мм / мин

Торцовое фрезерование, чистовое Фреза торцовая, 0 = 120 мм; Z = 8, композит 10 1400 5,0 0,02 0,1 1 800 0,17 24

Плоское шлифование периферией круга Круг 14А16СМ26К 0 = 250, Вк = 50 мм Уд, м/мин Чк, м/с Sx, мм/ход T, мм i Stx, мм / ход 0,84 24,3

16 25 2,5 0,1 10 0 0,002

Результаты исследования подтверждают высокую работоспособность торцовой фрезы с измененной геометрией режущей части зуба фрезы. Прежняя конструкция не удовлетворяла условиям эксперимен-

Литература_

1. Кудряшов Е.А. Перспективы применения композита при прерывистом резании / / Станки и инструменты. СТИН. М., 2008. № 11. С. 22-26.

2. Кудряшов Е.А. Обработка деталей из разнородных конструкционных материалов инструментом из композитов // Станки и инструменты. СТИН. М., 2008. № 12. С. 26-28.

3. Кудряшов Е.А. Зависимость качества обработки от геометрии и условий контакта резца с конструктивно сложной поверхностью заготовки // Известия Курск ГТУ. 2010. № 2(31). С. 77-82.

4. 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.

5. 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. "

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

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

тальных исследований (Ra < 1,25 мкм, h3 < 0,40 мм) и практически являлась неработоспособной по причине выкрашивания вершины режущих вставок из композита 10.

_References

1. Kudryashov E.A. Stanki i instrumenty. STIN (Machines and tools. STIN). M., 2008. no. 11. P. 2226.

2. Kudryashov E.A. Stanki i instrumenty. STIN (Machines and tools. STIN). M., 2008. no. 12. P. 2628.

3. Kudryashov E.A. Izvestiya Kurskogo GTU (News of Kursk STU). 2010. no. 2 (31). P. 77-82.

4. 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.

5. 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.

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

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

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

9. 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.

10. Смирнов И.М. Повышение эффективности процессов механической обработки конструктивно сложных деталей машин. М.: Триумф, 2012. 224 с.

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@list.ru

Научные интересы: технология и оборудование механической обработки

8. 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.

9. 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.

10. Smirnov I.M. Povyshenie jeffektivnosti processov mehanicheskoj obrabotki konstruktivno slozhnyh detalej mashin. (Increase of efficiency of processes of machining of structurally difficult details of cars). Moscow: Triumph, 2012. 224 p.

_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

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

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

Scientific interests: technology and machining equipment