Модернизация настольно - сверлильного станка для нарезания резьб с применением ультразвука

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ

УДК 621.923

Ю.П. Бурочкин, канд. техн. наук, доц.,

МОДЕРНИЗАЦИЯ НАСТОЛЬНО-СВЕРЛИЛЬНОГО СТАНКА ДЛЯ НАРЕЗАНИЯ РЕЗЬБ С ПРИМЕНЕНИЕМ УЛЬТРАЗВУКА

Описывается модернизация имеющегося настольно-сверлильного станка за счет применения быстросъемных специальных ультразвуковых устройств. Приведены результаты исследований подтверждающие повышение эффективности процесса нарезания внутренних резьб метчиками.

Ключевые слова: резьба, резание, станок, метчик, ультразвук, колебания.

В современном машиностроении всё более широкое применение получают материалы с высокими прочностными характеристиками. Это позволяет значительно увеличить срок службы различных деталей машин и агрегатов. Однако механическая обработка данных материалов вызывает некоторые трудности, связанные с низкой производительностью, качеством изготавливаемых изделий и стойкостью инструмента.

Повысить эффективность механической обработки возможно путем применения различных физико-механических методов. Одним из таких методов является обработка с применением ультразвуковых колебаний. Многочисленными исследованиями установлено, что при обработке с использованием энергии ультразвуковых колебаний повышается стойкость

инструмента, производительность процесса, точность и качество обработанных поверхностей [1, 4].

Для применения механической обработки с использованием ультразвуковых колебаний разрабатываются и изготавливаются специальные станки [2, 3]. Однако станки являются дорогостоящим и стационарным оборудованием, что препятствует их широкому внедрению.

Значительно уменьшить затраты по внедрению процесса ультразвуковой механической обработки возможно путем модернизации имеющегося оборудования за счет применения быстросъемных специальных ультразвуковых устройств.

Так, например, для повышения эффективности процесса нарезания внутренних резьб метчиками была разработана и изготовлена установка представленная на рис. 1.

Установка выполнена на базе сверлильного станка 2М112. В шпиндель станка при помощи конуса Морзе устанавливается специальное ультразвуковое резьбонарезное устройство 1, которое подключается к ультразвуковому генератору 2. Деталь устанавливается в специальном приспособлении, которое располагается в ванне 4. Смазывающая охлаждающая технологическая среда (СОТС) подается к детали при помощи насоса 5, а затем обратно сливается в поддон 6, т.е. циркулирует по замкнутому контуру. При этом повышается эффективность удаления стружки в процессе нарезания резьбы.

Рис. 1. Установка для нарезания резьбы с ультразвуком

Одной из основных частей данной установки является специальное ультразвуковое устройство, обладающее незначительными габаритами (230 мм) и массой. Ультразвуковое устройство представлено на рис. 2.

I

Рис. 2. Ультразвуковое устройство, применяемое для нарезания резьб М2-М6

При помощи данного устройства производится нарезание резьб малого диаметра.

Представленное устройство содержит пьезокерамический преобразователь 1 и токоподводящий узел 2, которые установлены в телескопической системе 3, позволяющей компенсировать погрешность установки обрабатываемой детали на станке. В устройстве имеется узел 5, осуществляющий кратковременное реверсирование шпинделя при срабатывании предохранительной муфты.

Все узлы размещены в неподвижном корпусе 7. В ведущем вале 6 имеется конусное посадочное отверстие, с помощью которого ультразвуковое устройство устанавливается на шпиндель станка. Применение элек-

тромагнитной муфты 4, позволяет плавно и точно настраивать предохранительное устройство на предельно-допустимый крутящий момент. Приведенное устройство имеет небольшие габариты и массу. С помощью данного ультразвукового устройства были проведены сравнительные исследования при обычном и ультразвуковом нарезании резьбы.

Нарезание резьбы осуществлялось как комплектом метчиков, так и сразу последним полнопрофильным метчиком из комплекта в диапазоне скоростей V = 0,6 - 3 м/мин по методу «самозатягивания» с целью исключения погрешности подачи механизма станка и шага резьбы метчика. Амплитуда колебаний изменялась в пределах £ = 0 - 7 мкм, а частота колебаний метчика составляла { = 20 ± 1 кГц.

Результаты исследования влияния амплитуды колебаний и скорости резания V на крутящий момент Мкр при обработке сплавов ВТ9 и Х12Н22ТЗМР приведены на рис. 3 и 4.

Икр. Ни

20 15

10

5

1

—-1 3 мкм

чС=5 мкм

\<Ц=1 мкм

0 0.6 1.2 1в 2А 3 V. п/пин

Рис. 3. Результаты исследований влияния амплитуды колебаний % и скорости резания V на крутящий момент Мкр при обработке сплава ВТ9 метчиком М8*1,25 (СОТС - сульфофрезол): 1 - метчик без покрытия 7>7У; 2 - метчик с покрытием 7/7У

Мкр, Н-м 15

10

5

О V, м/мин

Рис. 4. Результаты исследований влияния амплитуды колебаний % и скорости резания V на крутящий момент Мкр при обработке сплава Х12Н22ТЗМР метчиком М8*1,25 (СОТС - сульфофрезол): 1 - метчик без покрытия 7/7У; 2 - метчик с покрытием TiN

6

Из приведённых графиков видно, что наложение ультразвука способствует снижению Мкр во всем диапазоне исследованных скоростей. При этом с увеличением амплитуды эффективность действия ультразвука возрастает.

Значительное уменьшение Мкр наблюдается при увеличении амплитуды колебаний до 5 мкм, а при дальнейшем увеличении до 7 мкм эффект проявляется в значительно меньшей степени.

Увеличение скорости резания с 0,6 м/мин до 3 м/мин приводит к некоторому увеличению Мкр, при этом метчик с покрытием из нитрида титана (^К) показывает меньшие значения Мкр (до 10 %) в диапазоне исследуемых скоростей.

Как видно на приведенной осциллограммы (рис. 5) при обработке с наложением на метчик вынужденных ультразвуковых колебаний крутящий момент резания меньше на 40...50 %. Уменьшение Мкр происходит в основном за счет исключения защемления метчика, активации СОТС, снижения сил трения и тд.

Метчики с покрытием имеют большую стойкость и их можно использовать для обработки сразу полнопрофильным метчиком. Для повышения стойкости и снижения крутящего момента можно отверстия под резьбу выполнять с более жестким допуском в пределах верхнего поля допуска.

2 4 6 8 10 12 14 16 >

Рис. 5. Осциллограмма изменения крутящего момента Мкр при нарезании резьбы М8 в титановом сплаве ВТ9, V=1,2 м/мин:

1 - без УЗК, 2 - с УЗК

На рис. 6 приведены результаты исследования влияния диаметра отверстия под резьбу на Мкр резания. Увеличение диаметра отверстия позволяет снизить крутящий момент на 20.30 %

7

М

кр>

Нхм

20 15 10 5

О

- 0

С = .

6,70 6,75 6,80 6,85 6,90 В , мм

' ' ' ' ' пшег>

Рис.6. Влияние диаметра отверстия на крутящий момент Мкр при нарезании резьбы М8*1,25 третьим метчиком в сплаве ВТ9

Следует отметить, что кроме режимов обработки значения крутящего момента резания зависят от обрабатываемого материала, конструкции метчика, диаметра отверстия под резьбу и других факторов.

На рис. 7 представлены результаты исследования влияния диаметра отверстия под резьбу на стойкость при обработке сплава ЭП678-ВД метчиком М8.

Как видно из приведенных зависимостей, увеличение диаметра отверстия под резьбу приводит к значительному увеличению стойкости инструмента, что связано с уменьшением толщины среза, в результате чего уменьшаются силы, действующие на режущую часть метчика.

160

120 80

40

О 6,70 6,75 6,80 6,85 6,90 В , мм

у у у } г птя'

Рис. 7. Работоспособность метчиков в зависимости от диаметра отверстия под резьбу М8 (сплав ЭП678-ВД, СОТС — сульфофрезол): 1 — метчик без покрытия ТШ; 2 — метчик с покрытием ТШ

Следует отметить, что при наложении ультразвуковых колебаний снижение стойкости с уменьшением диаметра отверстия под резьбу происходит менее интенсивно, чем при обычной обработке.

Анализ представленных зависимостей показывает, что изготовление отверстия под резьбу на верхнем пределе допуска позволяет значительно уменьшить силы резания и повысить стойкость метчиков.

Таким образом применение данного оборудования позволяет частично автоматизировать процесс обработки и повысить стойкость инструмента в 3-5 раз.

Список литературы

1. Кумабэ Д. Вибрационное резание. М.: Машиностроение, 1985.

424 с.

2. Марков А.И. Ультразвуковая обработка материалов. М.: Машиностроение, 1980. 237 с.

3. Физико-химические методы обработки и сборки: учеб.пособие / М.С. Нерубай [и др]. М.: Машиностроение-1, 2005.

4. Подураев В.Н. Физико-химические методы обработки. М.: Машиностроение, 1974. 364 с.

Yu.P. Burochkin, V. V. Golovkin, M. V. Druzhinina

DESKTOP BORING MACHINE MODERNIZATION FOR CUTTING OF CARVINGS WITH ULTRASOUND APPLICATION

In work modernization of the available desktop boring machine at the expense of use of quick-detachable special ultrasonic devices is described. Results of researches confirming increase of efficiency ofprocess of cutting offemale threads by taps are given.

Key words: carving, cutting, machine, tap, ultrasound, fluctuations.

Получено 18.04.12