Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Состояние изучаемого вопроса, цель и задачи исследования 10
1.1. Область исследования 10
1.2. Предмет исследования 12
1.3.Способы и методы совершенствования процесса нарезания резьбы метчиками 21
1.3.1. Новые конструкции метчиков 21
1.3.2. Направление исследовательских работ 25
1.3.3. Качество резьбы обработанной метчиками 27
1.3.4. Надежность работы режущих метчиков 31
1.4. Цель и задачи исследования 43
Глава II. Исследование процесса стружкообразования и распределения его объема при нарезании резьбы метчиками глухих отверстиях 46
2.1. Конструктивные особенности режущего инструмента для нарезания резьбы в глухих отверстиях 46
2.2. Особенности процесса стружкообразования при «глухом» варианте нарезания резьбы метчиками 50
2.3. Анализ влияния СОТС на особенность процесса стружкообра-зование при нарезании резьбы метчиками 59
2.4. Влияние выбега метчика на изменение объема рабочего пространства отверстия 67
2.5. Пути совершенствования процесса нарезания резьбы и конструкций метчиков 77
Выводы по второй главе 81
Глава III Методика экспериментальных исследований, оборудование, приборы, регистрация результатов 83
3.1. Методика проведения экспериментальных работ 83
3.2. Метчики и контроль их элементов резания 84
3.3. Опытные образцы 86
3.4. Стенд для универсального исследования параметров метчиков 88
3.5. Методика экспериментального исследования функциональных свойств СОТС 102
3.6. Визуальное наблюдение процесса стружкообразования 105
3.7. Экспериментальное исследование выбега метчика 107
Выводы по третьей главе 108
Глава IV Результаты экспериментального исследования и выводы 109
4.1. Результаты визуального наблюдения за процессом стружко-образвания 109
4.2. Результаты исследования выбега метчика 111
4.3. Результаты экспериментального исследования функциональных свойств СОТС 113
4.4. Экспериментальное исследование процессов при нарезании резьбы метчиками в глухих отверстиях 116
4.5. Экспериментальное исследование причин заклинивания метчика при реверсе 121
4.6. Экспериментальное исследование способа удаления стружки за счет использования смазочных веществ с высокими показателями вязкости 124
4.7. Практические рекомендации по повышению надежности процесса нарезания резьбы 126
Выводы по четвертой главе 131
Основные результаты и выводы 133
Список литературы 135
- Качество резьбы обработанной метчиками
- Особенности процесса стружкообразования при «глухом» варианте нарезания резьбы метчиками
- Методика экспериментального исследования функциональных свойств СОТС
- Экспериментальное исследование процессов при нарезании резьбы метчиками в глухих отверстиях
Введение к работе
Станкостроительная промышленность во всем мире выполняет фондообразующую функцию в техническом оснащении промышленности в целом. Уровень развития станкостроения в значительной степени определяет степень технологичности и экономической независимости страны. Направление развития этой отрасли устанавливаются, исходя из условий эффективного использования ее продукции для внедрения перспективных технологий в металлообработке и машиностроения в целом, конкурентоспособности продукции на внутреннем и особенно на зарубежном рынке.
Основными отраслями-потребителями станков в России являются автомобилестроение, сельхозмашиностроение, авиационно-космическая промышленность, тяжелое и энергетическое машиностроение и другие отрасли, изготавливающие бытовую технику и товары народного потребления.
Развитие отрасли станкостроения в настоящее время строится на основе прогнозирования и тех возможностей, которыми располагают предприятия, сохранившие традиции и свои специализации. Эти прогнозы осуществляются как решение следующих трехвариантных задач.
«Оптимистический» вариант развития основан на тенденции макроэкономической стабилизации, медленного роста промышленного производства, в том числе, станкостроения.
«Умеренный» вариант развития предусматривает смягчение бюджетной политики, государственную поддержку инвестиций, переход от снижения инфляции к ее росту с последующим возвратом к политике подавления инфляции.
Для «пессимистического» варианта характерно отсутствие решительного реформирования экономики, сохранение высокой инфляции, неизбежное субсидирование предприятий, истощение промышленного потенциала и, как следствие, движение производства от стагнации к спаду.
Предприятиям машиностроения и металлообработки необходим парк металлообрабатывающих станков с определенными технологическими воз-
можностями. Потребность в станках определяется из условий преобразования парка до перестроечного периода в те прогнозные данные, которые определят устойчивость конкретного предприятия на рынке машиностроительной продукции.
«Оптимистический» и «умеренный» варианты развития станкостроения не исключают использования метода повышения технологических возможностей металлорежущих станков по принципу их модернизации, если ранее использовавшийся процесс формообразования был надежен, а параметрическое изменение стайка необходимо проводить только с учетом новых габаритов продукции предприятия. Могут быть и другие причины, связанные с модернизацией станка, но привлекательность здесь заключается в относительно меньших затратах, связанных с созданием необходимого для производства станка.
В последние годы на предприятиях автомобильной промышленности большое внимание уделяется обеспечению надежности процесса формообразования связанного с нарезанием резьбы метчиками в глухих отверстиях стальных и чугунных деталей.
Актуальность работы. Нарезание резьбы в глухих и сквозных отверстиях в деталях машиностроения составляет по трудоемкости изготовления около 12% от общей трудоемкости изготовления, например, корпусных деталей. Из опыта работы предприятий машиностроения известно, что одним из «узких» мест в технологии обработки деталей является машинное нарезание резьбы метчиками. Только по данным завода АМО ЗИЛ примерно 80% всей массы отказов при нарезании резьбы происходит из-за поломок метчиков при реверсировании, и как следствие, это влечет за собой возникновение брака и простой автоматизированного оборудования. Если учесть, что нарезание резьбы является почти одной из последних операций по обработке деталей (особенно корпусных), то надежность работы резьбонарезного инструмента напрямую связана с экономическими показателями предприятия в целом. Это
объясняется тем, что поломка и заклинивание инструмента приводит к появлению практически неисправимого брака.
Вопросу совершенствования технологических процессов формирования резьбы посвящено немало работ таких ученых как: Басов М.И., Дейнеко В.Г., Семенченко И.И., Загурский В.И., Матвеев В.В., Зорев Н.Н., Таратынов О.В., Аверьянов О.И., Никифоров А.Д., Писарский М.И., Подураев В.И., Ша-гун В.И., Грудов А.А., Комаров П.И., Гольфельд М.Х., Мирнов И.Я., Анд-рейчиков Щ.С, Можин Н.А., Якухин В.Г. и ряда других авторов. Существует большое количество запатентованных конструктивных решений по метчику, обеспечивающих повышение надежности его работы. Получены положительные результаты при обработке точной резьбы. Изучены различные факторы, влияющие на процесс формообразования резьбы, а также разработаны математические модели и экспериментальные методики изучения и раскрытия физической сути рассматриваемой технологической операции.
Наименее освещенным является вопрос однопроходного нарезания резьбы в глухих отверстиях метчиками малых и средних диаметров.
Настоящая диссертационная работа, являющаяся продолжением научных работ, проводимых на кафедре «Технология и металлорежущие системы автомобилестроения» МГИУ, посвящена проблеме совершенствования процесса нарезания резьбы метчиками методами воздействия на процесс струж-кообразования и повышения надежности процесса формообразования резьбы.
Целью диссертационной работы является обеспечение надежной работы процесса нарезания резьбы метчиками в глухих отверстиях деталей автомобильной промышленности за счет удаления объема снимаемой стружки из зоны резания.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие
задачи:
установить особенности образования формы и размеров стружки на всех этапах процесса нарезания резьбы метчиками в глухих (закрытых) полостях отверстий;
исследовать влияние свободного выбега метчика при отключении его с прямого вращения и оценить этот выбег с позиции сокращения объема пространства для сбора стружки;
оценить влияние различных составов СОТС на форму и размеры стружки и распределение ее объемов, на дне отверстия и в канавках метчика;
экспериментально доказать действительную причину защемления метчика в резьбе, вызывающую поломку режущего инструмента;
выработать рекомендации для устранения причин поломок метчиков при нарезании резьбы в глухих отверстиях.
Методы исследования. Результаты работы получены на основе использования классических методов теории резания, математического и статистического анализа, основ математической теории экспериментов.
Научная новизна работы состоит в раскрытии и дополнении в теорию резания металлов особенности процесса стружкообразования при нарезании резьбы метчиками в отверстиях с закрытыми полостями (глухих), а также в разработке твердотельной модели на ЭВМ, обеспечивающей наглядную картину всего процесса резания.
Практическая ценность; полученные результаты исследования рекомендованы для практического использования в производственных условиях «ТРАНСИНЖСТРОЙ» и АМО ЗИЛ.
Основные результаты и положения, выносимые на защиту'.
- аналитическое представление о процессе стружкообразования при нареза
нии резьбы метчиками в стальных деталях с глухими отверстиями;
твердотельное моделирование системы инструмент - заготовка с целью раскрытия физической сути образования стружки при нарезании резьбы метчиками;
оригинальную методику экспериментального исследования процесса стружкообразования с учетом специфики обработки глухих (закрытых) геометрических форм деталей;
практические рекомендации по повышению надежности работы метчиков и пути дальнейшего совершенствования процесса в целом.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и списка использованной литературы.
В первой главе обосновывается актуальность выбранной темы исследования, определяется область и предмет исследования. Приведен подробный анализ научно-исследовательских работ, посвященных проблеме нарезания резьбы метчиками, определена цель настоящего исследования и сформулированы задачи исследования.
Вторая глава построена на основе предварительно проведенных экспериментальных исследованиях и аналитического описания некоторых этапов процесса нарезание резьбы метчиками в глухих отверстиях. Впервые процесс нарезания резьбы рассматривается с учетом свободного выбега метчика после отключения его с прямого вращения. В главе аналитически рассмотрено объемное образование стружки на дне отверстия. Рассмотрены вопросы влияния различных составов СОТС на особенности процесса стружкообразования при нарезании резьбы метчиками.
Третья глава посвящена изложению методики экспериментального исследования процесса стружкообразования, описанию использованной аппаратуры, тарировочным процессам подготовки аппаратуры к исследованию.
Четвертая глава посвящена экспериментальному исследованию следующих вопросов:
- изучению процесса образования стружки при нарезании резьбы на
всю глубину отверстия, с использованием оригинальной методики визуаль
ного наблюдения за процессом через щелевой образец;
исследование свободного выбега метчика через диапазон разброса времени срабатывания аппаратуры, отключения привода прямого вращения шпинделя станка;
исследование износных характеристик трения твердых тел при использовании различных составов СОТС;
исследование причин защемления метчика в нарезанной резьбе при реверсе и проверка предложенных мер, исключающих (или снижающих) риск поломки метчика.
В этой главе также даны практические рекомендации по совершенствованию процесса нарезания резьбы метчиками в глухих отверстиях.
Общие выводы сформулированы в виде полученных реальных результатов, использование которых в производственных условиях подтверждает полезность проведенного исследования.
Качество резьбы обработанной метчиками
Процесс резьбонарезания обладает рядом специфических особенностей, приводящих к различным видам отказов. Еще в ранних работах, относящихся к проблеме нарезания резьбы [31, 32, 36, 43, 55, 56, и др.], отмечалось, что причинами отказов являются неудовлетворительное состояние оборудования, дефекты изготовления или чрезмерный износ оснастки и инструмента, отклонения размера заготовки и другие причины. На практике известные виды отказов формулируются следующим образом: разбивание резьбы, образование тугой резьбы, увеличение шероховатости поверхности витка резьбы, поломка метчиков, выкрашивание зубьев, низкая стойкость инструмента и т.д. Ниже приводятся объяснения причин появления этих отказов. Причины разбивания резьбы: отклонение от соосности отверстия и метчика; несоответствие подачи метчика шагу нарезаемой резьбы; биение зажимной втулки патрона; отсутствие (или недостаточная амплитуда) [41] качания или осевой компенсации у патрона; наличие погрешности установки хвостовой части метчика относительно оси патрона; увеличение среднего диаметра метчика; осевое биение ниток резьбы у метчика; налипание металла на режущую часть метчика при обработке вязких материалов.
Причинами получения тугой резьбы являются: занижение среднего диаметра метчика или его чрезмерный износ; наличие усадки материала обрабатываемой заготовки.
В качестве причин получения увеличенной шероховатости поверхностей витка резьбы считают: работа выкрошенными или изношенными метчиками; образование налипания на профиле метчика в процессе обработки вязких материалов; неправильный выбор СОЖ; отклонение от соосности метчика с отверстием; несоответствие подачи метчика шагу нарезаемой резьбы; заниженная длина заборной части метчика.
Поломка метчиков наступает из-за: наличия отверстия под резьбу недостаточной глубины или меньшего, чем требуется, диаметра; пакетирования стружки в канавках метчика вследствие малого объема канавок или ненадежного ее отвода; неисправности станочного оборудования, связанные в основном с нарушением цикла обработки или его геометрической точности; применения чрезмерно изношенных или выкрашенных метчиков.
Выкрашивание зубьев метчиков происходит; из-за больших значений переднего и заднего углов; из защемления стружки подзатылочной поверхностью заборной части метчика при реверсе (в глухих отверстиях).
Причинами низкой стойкости метчиков являются: плохое состояние оборудования и оснастки; низкое качество инструмента вследствие его неудовлетворительной термической обработки; низкое качество шлифования резьбы метчика или заточки, приводящие к образованию прижогов на вершинах резьбы; отклонение размера отверстия под резьбу, твердости и хими ческого состава материала заготовки; отсутствие обратной конусности или затылования по профилю; завалы режущих кромок.
Изложенные причины отказов работы метчиков составили основу двух научно поисковых направлений совершенствования процесса нарезания резьбы метчиками. Одно направление рассматривает группу факторов, влияющих на качество изготавливаемых резьб (разбивание резьб, тугая резьба, увеличение шероховатости поверхностей резьбы, стойкость метчика), другое - группу факторов, определяющих надежность работы метчиков (поломки, выкрашивание зубьев метчика, стойкость и т.д.).
Вопросу изучения получения резьбы высокого качества посвящено много работ. Наиболее характерные результаты, полученные при исследовании этого направления, изложены ниже.
В работе [28] был выполнен, например, анализ сил, действующих на метчик с конической заборной частью. Предложенный автором инструмент со ступенчатым заборным конусом позволил снизить, по его мнению, осевые силы при резании.
В работе [32] была произведена оценка упругих перемещений метчика с режуще-ведущими зубьями под действием радиальных сил. В результате расчета получены графические зависимости, определяющие перемещение режущего зуба при заданных значениях радиальной силы. Однако практического приложения результаты этой работы не получили, хотя в методическом плане определенный интерес представлял вопрос использование известных методов математики (метод наименьших квадратов) при решении специфических задач технологического процесса изготовления резьбы.
В работе Матвеева В.В. [31] была предложена конструкция метчика с бочкообразными зубьями, которая обеспечивала стабильное получение резьбы высокой степени точности. Здесь же отмечалось, что в процессе работы метчик находится в скрученном состоянии, где углы скручивания могут дос тигать нескольких градусов. Такое явление вызывает изменение угла подъема резьбы в пределах одного витка, а калибрующие зубья, поворачиваясь относительно витка резьбы, режут боковыми сторонами, изменяя профиль резьбы и размер приведенного среднего диаметра.
В работе [8] отмечается, что уменьшение осевых и радиальных сил позволяет изготавливать резьбы повышенной точности. Может впервые, в этой работе были сформулированы основные практические рекомендации, относящиеся к методам контроля резьбы, к геометрии калибрующей части метчика, к затылованию зубьев метчика и ряду других моментов.
В работе [35] отмечалось, что точность резьбового отверстия в основном связана с величиной крутящего момента на метчике, причем, чем больше крутящий момент, тем больше, при прочих равных условиях, величины погрешностей при нарезании резьбы метчиками.
Важными исследованиями являются работы, проведенные под руководством Шагуна В.И., в области нарезания метчиками точных внутренних резьб [5, 17, 52, 53]. Им исследовано влияние конструктивных параметров инструмента на точность формирования резьбы. Показано, что силы, возникающие в процессе обработки резьбы, являются главными источниками погрешностей.
Для обеспечения требуемой точности резьбы в работах [29, 16, 38] рекомендуется применять метчики с винтовыми канавками значительной крутизны. Благодаря этому приему, процесс резания протекает более благополучно, что очень важно при нарезании резьбы в вязких труднообрабатываемых материалах.
Особенности процесса стружкообразования при «глухом» варианте нарезания резьбы метчиками
Как известно, большая часть механической энергии, затрачиваемая на резание, превращается в тепловую [7,8]. Наиболее интенсивно этот процесс протекает в зонах пластической деформации обрабатываемого материала и трения рабочих поверхностей инструмента.
Большие пластические деформации срезаемого металла, интенсивное трение инструментального и обрабатываемого материалов по передней и задней поверхностям режущего инструмента при больших давлениях (до 2000 МПа) и высокой температуре (до 1000 С) приводят к образованию интенсивных тепловых потоков.
Основными источниками теплоты в процессе резания являются зона стружкообразования и те участки передней и задней поверхностей инструмента, которые контактируют с обрабатываемой деталью и стружкой. Тепловыделение возрастает с увеличением скорости резания и в меньшей степени с увеличением подачи и глубины. Выделение теплоты при обработке пластичных материалов (сталей) больше, чем при обработке хрупких (чугунов).
Рост температуры оказывает как положительное, так и отрицательное влияние на процесс резания. Положительными факторами являются уменьшение сдвигового сопротивления при пластической деформации материалов и увеличение вероятности перехода материала в область пластического резания. Отрицательные факторы проявляются в ускорении диффузионного и усталостного изнашивания инструмента. Температурные деформации режущего инструмента, приспособления, заготовки и станка снижают не только точность, но и качество обработки.
В зависимости от технологического метода и условий обработки стружкой отводится от 25 до 85% всей выделяемой теплоты; заготовкой -10-50%; инструментом - 2-8%. Количественное распределение теплоты, отводимое стружкой, через инструмент и заготовку, зависит главным образом от скорости резания V.
Нагрев режущего инструмента до высоких температур tp=800-1000 С и связанное с этим тепловыделение отрицательно влияет на заготовку, вызывая структурные превращения обрабатываемого металла.
К основным методам борьбы с высокими температурами относится обильное охлаждение зоны резания СОТС. Охлаждающие свойства СОТС определяются их составом, физико-химическими и тегаюфизическими характеристиками. На охлаждающую способность СОТС влияют вязкость, теплопроводность, удельная теплоемкость, теплота испарения. Органические и минеральные соли могут уменьшать устойчивость паровой пленки.
Снижение температуры резания при применении СОТС достигается в основном вследствие активного отвода теплоты с незанятых стружкой поверхностей инструмента, примыкающих к зоне резания. Увеличение интенсивности отвода теплоты от стружки оказывает меньшее влияние на темпе ратуру в зоне резания из-за кратковременного контакта стружки с инструментом.
С повышением скорости резания наблюдается некоторое снижение охлаждающей способности СОТС. По охлаждающей способности СОТС Э2 и ОМЭА практически одинаковы. СОТС ОМЭА обладает большей смазочной и адсорбционной способностью по сравнению с СОТС Э2. Использование СОТС с различными характеристиками (см. табл. 2.3) приводит, например, к более существенному снижению равнодействующей сил резания R, усадки стружки , коэффициента трения // и микротвердости прирезцовой стороны стружки н2 [51]. Три последних показателя характеризуют размеры и форму стружки, а, следовательно, влияют на его объем.
Необходимо отметить, что в большинстве работ по резанию металлов взаимосвязь стойкости инструмента и производительности обработки определялась на основе рассмотрения только тепловых зависимостей без учета трибологии резания [26].
Обработка металлов резанием является наиболее распространенным способом, обеспечивающим формирование физико-механических свойств поверхностей деталей в соответствии с требуемыми техническими условиями. Установлено, что по мере увеличения скорости резания коэффициент трения изменяется также как и коэффициент усадки стружки: вначале уменьшается, затем возрастает и, достигнув при некотором значении максимума, опять уменьшается (рис.2.13, а). Интересным при этом является то, что коэффициент трения практически не зависит от подачи S но каждой подаче соответствует определенное значение V , когда коэффициент трения м принимает максимальное значение (рис. 2ЛЗ, б) [14,15].
Методика экспериментального исследования функциональных свойств СОТС
Державка установлена в корпусе на 16 упругих опорах. Каждая опора состоит из тонкостенной втулки 9 и двух ножек - 7 и 8. Ножки образуют два упругих шарнира. Такая конструкция опоры обеспечивает большую жесткость в направлении собственной оси и малую жесткость в направлении, перпендикулярном оси (отношение жесткостей примерно 100:1). Благодаря этому опоры в динамометре воспринимают нагрузку лишь в одном направлении - вдоль оси опоры. Площади сечений втулки и ножек опоры равновелики и выбраны так, чтобы материал опоры работал в области упругих деформаций. Все опоры выполнены из термически обработанной стали 60С2А. Вертикальные и горизонтальные опоры отличаются друг от друга величиной нагрузки, на которую они рассчитаны. Опоры установлены в направляющих втулках 6. Каждая из опор динамометра имеет предварительный натяг, который несколько (примерно на 10%) превышает половину нагрузки, максимально допустимой для опоры. Благодаря натягу опор устраняются все зазоры и контактные деформации в стыках деталей динамометра. Величину натяга опор регулируют поворотом гаек 4. После регулирования величины натяга гайки 4 фиксируют с помощью сухарей 5 и закрывают крышками: верхние гайки - крышками 17, боковые гайки - крышками 16.
На втулки опор наклеены (строго вдоль образующей втулки) проволочные датчики сопротивления 14 с базой 10 мм и с номинальным сопротивлением 100 Ом. На опоры, оси которых расположены вертикально, наклеено по одному датчику, которые соединеньг в схему измерения силы Рг. На опоры, оси которых расположены горизонтально, наклеено по два датчика: первые датчики соединены в схемы измерения сил Ру и Рх, вторые датчики - в схему измерения Л/кр. Провода от каждого датчика выведены через отверстия в корпусе динамометра на панель 12 и присоединены к клеммам 13. На панели 12 датчики соединяют в измерительные схемы. Схемы соединения датчиков показаны на рис. 3.7. Полость корпуса динамометра, в которой расположена панель 12, закрывают крышкой 10. Провода от измерительных схем выведены на разъемное шасси 15. При работе динамометра к разъемному шасси 15 подсоединяют экранированный кабель от усилителя ТА-5.
Динамометр работает следующим образом. Под действием силы резания деформируются в основном опоры как наименее жесткие детали динамометра; например, при нагружении вертикальной силой Ръ деформируются вертикальные опоры.
Проволочные датчики, наклеенные на вертикальные опоры, соединены таким образом (рис. 3.7), что сигнал измерительной схемы пропорционален алгебраической сумме деформаций всех верхних и нижних вертикальных опор. При таком включении проволочных датчиков показания динамометра не зависят от точки приложения силы резания. Сигнал с измерительной схемы посту пает далее на вход электронного усилителя ТА-5, усиливается и затем передается на параллельно соединенные микроамперметр М266 и звуковую плату UDA1361TS персонального компьютера, с помощью которых осуществляется процесс регистрации показания динамометра.
При действии крутящего момента деформируются все горизонтальные опоры. Вторые проволочные датчики, наклеенные на эти опоры, соединены таким образом, что сигнал измерительной схемы пропорционален крутящему моменту Мкр.
Показания динамометра по силам Рх, Ру, Pz не зависят от того, в какой точке будет приложена сила резания. Но при измерениях крутящего момента при резьбонарезании динамометр необходимо центрировать с осью шпинделя станка, так как лишь в этом случае радиальные силы не будут влиять на показания динамометра по М ,. Усилитель ТА-5, входящий в комплект тензометрической аппаратуры, предназначен для измерения в 4-х точках статических и динамических деформаций, возникающих в деталях машин и других конструкциях в процессе их работы. Усилитель ТА-5 построен на четырех однотипных четырехламповьтх усилителях (по одному усилителю на каждый канал).
Датчики при воздействии деформации меняют свое сопротивление, вследствие чего происходит разбаланс моста и на его диагонали появляется напряжение несущей частоты, модулированное напряжением деформации.
Это напряжение через устройство балансирующие измерительные мосты и делитель поступает на усилительный блок, а затем на кольцевой детектор, который выделяет сигнал модулирующей частоты (напряжение деформации), пропорциональный величине и соответствующий направлению деформации. Полученный сигнал поступает на вход аналогово-цифрового преобразователя. Периодически от тарированного устройства на вход усилителя подается нулевой сигнал (вход закорочен) и контрольный сигнал, который равен сигналу номинальной деформации и служит при оценке величины деформации. Генератор синусоидальных импульсов образует напряжение 2x90 вольт несущей частоты 7000 Гц. Это напряжение поступает на усилители мощности синусоидальных импульсов и на преобразователь прямоугольных импульсов. Усилители мощности синусоидальных импульсов записывают напряжением 6 В с частотой 7000 Гц синусоидальной формы датчики и делитель тари-ровочного устройства и напряжением 70 мВ с частотой 7000 Гц устройство, балансирующее измерительные мосты (см. рис.3.8). Преобразователь прямоугольных импульсов записывает напряжением НОВ с частотой 7000 Гц прямоугольной формы усилители мощности прямоугольных импульсов, от которых поступает опорное напряжение 7В с частотой 7000 Гц прямоугольной формы на кольцевые детекторы.
Экспериментальное исследование процессов при нарезании резьбы метчиками в глухих отверстиях
Целью данного эксперимента является визуальное наблюдение за процессом стружкообразования при нарезании резьбы метчиками и систематизации последовательности образования различных типов стружки.
Во время нарезания резьбы выпавшая из отверстия стружка собиралась и раскладывалась, на белую бумагу, в том порядке, как выпадала из отверстия соответственно. После того, как выявлялась очевидная цикличность образования стружки, процесс прекращался, а результаты фотографировались. При этом наблюдения велись не только за выпавшей из отверстия стружкой, но и за стружкой, которая оставалась в стружечных канавках.
Ручной метод непрерывного нарезания резьбы позволял наблюдать за процессом стружкообразования и фиксировать его на цифровую фотокамеру. Съемка производилась с цикличностью 30 кадров за один оборот. При дальнейшем анализе это позволило воссоздать всю картину процесса стружкообразования как в мультипликационном фильме. На рисунке 4.1. представлено 3 последовательно отснятых кадра. [6]
Детальное исследование полученных снимков проводилось на персональном компьютере в среде «Windows Me Millennium Editiom» и программного продукта «iPhotoPius». Данный программный продукт позволяет редактировать полученные снимки с фотокамеры для коррекции изображения и получения необходимого увеличения снимка. Увеличение изображения с помощью программы «iPhotoPius» позволяет зафиксировать ту визуальную информацию, которая была недоступна при зрительном восприятии. при нарезании резьбы метчиками
Во время проведения эксперимента выпавшая из образца стружка собиралась и складывалась для дальнейшего изучения в том порядке, в каком она выпадала из образца (рис. 4.2). Фиксировалась также стружка, которая оставалась в стружечных канавках метчика. Отметим, что при всех проведенных циклах эксперимента, стружка не выходила наружу по стружечным канавкам.
Важным выводом этой части работы является то, что впервые, на основе оригинального метода экспериментального исследования, установлена структура образования стружки при нарезании резьбы метчиками. Большое практическое значение, на наш взгляд, имеет полученное экспериментальное подтверждение в том, что форма стружки, снимаемая последними витками червяка, спиральная. Она не пакетируется, а остается на метчике. Это обстоятельство может практически подкрепить одну из нескольких причин поломок метчика при реверсе.
Выбег метчика при нарезании резьбы определялся по величине разброса величины времени срабатывания между командами с прямого вращения метчика на реверс С помощью редактора WAW файлов были проведены все необходимые измерения. На рисунке 4.3. белым цветом выделена зона того момента, в котором осуществляется процесс остановки с прямого хода и включения обратного хода (или реверса шпинделя). Результаты экспериментов пред ставлены на На рис. 4.4 видно, что максимальный разброс времени срабатывания составляет 0,5 с. Это означает, что при некоторых значениях угловой скорости (а)0) и малом коэффициенте трения С" «0,05), шпиндель может осуществить свободный выбег соизмеримый по величине с шагом нарезаемой резьбы. Необходимо также отметить, что во время проведения экспериментов наблюдались отказы в своевременном срабатывании устройства реверса, при этом шпиндель продолжал вращаться по инерции. В иных условиях или условиях производства это непременно привело бы к поломке инструмента. Сравнительный график свойств экспериментальных смазочных присадок представлен на рисунке 4.5. Как видно из графика индустриальное масло с 3% присадкой ТПО обладает высокими противоизносными свойствами и имеет достаточно низкую цену по сравнению с присадкой «FENOM». Проанализировав экономическую целесообразность, мы пришли к выводу, что присадку «FENOM» использовать невыгодно из-за высокой цены. Поэтому в дальнейших экспериментах присадка «FENOM» не использовалась. В следующей серии экспериментов было необходимо проверить все наиболее перспективные присадки на присутствие в их свойствах эффекта Рибендера. Методика проведения эксперимента описана в разделе 3.4.
Результаты испытаний приведены на рис. 4.6. Они показали, что максимальная подача сверла наблюдалась в сухую, минимальная - в масле с присадкой ТПО. Это связано с тем, что масло с присадкой обеспечивает снижение сил трения на поверхностях контакта инструмент - заготовка. Три-полимеробразующая (ТПО) присадка способствовала образованию на поверхностях контакта защитных пленок, затрудняющих процесс резания. Замедление процесса резания при использовании воды, возможно, объясняется уменьшением скорости окислительных процессов в зоне резания по сравнению с обработкой на воздухе.
