Совершенствование сборных комбинированных зенкеров за счет допустимого уменьшения узлов крепления режущих пластин Сурженко, Андрей Николаевич

Введение к работе

Актуальность темы. Рост стоимости быстрорежущих сталей и твердых сплавов, обусловливает увеличение затрат на производство и эксплуатацию инструмента. Уменьшить расходы можно за счет сокращения удельного веса этих материалов в конструкции инструмента.

Существующие конструкции сборных зенкеров имеют громоздкий узел крепления, что вызывает увеличение размеров режущей пластины, и, соответственно, расход инструментального материала. Кроме того, громоздкий узел крепления уменьшает размеры стружечных канавок, что затрудняет отвод стружки из зоны обработки и вызывает ее пакетирование. Это требует дополнительные выводы инструмента дія ее уд&іения, что ведет к снижению производительности обработки отверстий.

Существующие конструкции сборных зенкеров с многогранными непере-тачиваемыми пластинами не всегда гарантируют малый узел крепления и оптимальные геометрические параметры режущей части, что ухудшает условия резания и транспортировки стружки. Наиболее существенно эти недостатки проявляются в комбинированных зенкерах, где срезаются большие объемы материала.

Учитывая, что зенкеры являются наиболее распространенным инструментом после сверл, в качестве объекта исследований принят данный вид инструмента.

Устранение недостатков, присущих существующим конструкциям сборных комбинированных зенкеров, возможно за счет разработки формы режущей пластины и узла ее крепления с минимальными параметрами путем минимизации сил, воспринимаемых крепежными элементами. Это обеспечит увеличение размеров стружечных канавок и улучшит отвод стружки.

Методика мшпшизации сил, действующих на узел крепления, может быть осуществлена на основе методов математического моделирования работы зенкеров.

В диссертационной работе предлагается уменьшение затрат на инструмент за спет унификации основных конструктивных элементов зенкера.

Связь работы с научными программами кафедры. Выполненная работа осуществлена в рамках гос. темы Г-2-94 (регистрационный номер № 0195V006205) и является составной частью научных исследований - разработка теории проектирования комбинированных зенкеров, которые проводит кафедра "Металлорежущие станки и инструменты".

Цель работы и задачи исследований. Цель работы - совершенствование сборных комбинированных зенкеров за счет допустимого уменьшения узлов крепления режущих пластин, обеспечивающее экономию инструментальных материалов и улучшение условий для размещения и транспортировки стружки.

Для реализации поставленной цели необходимо решить такие задачи:

1. Разработать аналитическую модель, устанавливающую функциональные связи между главным задним углом, лимитирующей толщиной режущей пластины зенкера, величиной подачи и размерами отверстия.

2. Предложить модель, описывающую функциональные связи между предельной толщиной режущей пластины зенкера, кинематикой процесса и вспомогательным задним углом инструмента.

3. На основе анализа моделей, устанавливающих функциональные связи между толщиной режущей пластины, кинематикой процесса зенкерования и геометрией инструмента с рабочими процессами, определить оптимальные геометрические параметры и форму пластины.

4. Разработать аналитическую модель сил, действующих на режущую пластину, осуществляющую функциональные связи между параметрами узла крепления, ее формой, геометрией инструмента и режимами резания.

5. На основе анализа сил, действующих на режущую пластину, определить оптимальное сочетание формы и размеров режущей пластины зенкера с целью минимизации сил закрепления, а следовательно, и параметров ее крепежной части.

6. Определить влияние параметров узлов крепления на размеры стружечных канавок и условия отвода стружки.

7. Разработать алгоритм проектирования сборных комбинированных зенкеров.

8. Экспериментально установить качественную связь между силой закрепления, действующей на режущую пластину, и режимами резания.

9. Экспериментально определить влияние метода крепления режущей пластины зенкера на разбивание обработанных им отверстий и стойкость его режущей части.

10. Разработать рекомендации по проектированию и внедрению сборных комбинированных зенкеров.

Методы исследований. Объекты исследования - конструктивные и геометрические параметры сборных комбинированных зенкеров, сменных режущих пластин и узлов их крепления.

Предмет исследований - функциональные связи между конструктивными и геометрическими параметрами пластины и узла ее крепления с рабочими процессами, протекающими при зенкерований.

В качестве методов исследования использовалось математическое моделирование на базе трех видов моделей: вербальной, аналитической и эмпирико-статистической.

Вербальная (словесная) модель предшествовала аналитической. Словесное описание взаимодействия рабочих процессов с геометрическими и конструктивными параметрами делает аналитическую модель более наглядной. Это позволяет обеспечить более высокую адекватность аналитической модели физической.

Адекватность аналитических моделей проверялась на эмпирико-стат-истических моделях.

Научная новизна подученных результатов:

1. Впервые на основе аналитической модели, устанавливающей функцио
нальные связи между кинематическим главным задним углом, величиной пода
чи и размерами отверстия, определена толщина режущей пластины, исклю
чающая затирание главной задней поверхности, значение которой определяется
зависимостью

2R²(Rf-P_fcosa)
Л = — і ^}- '-—_Fsinp.

R² cos² а - (К/ -cosocfy)

2. Впервые установлено, что при равенстве углов на главной и вспомога
тельной задних поверхностях определяющей для выбора толщины режущей
пластины является величина вспомогательного заднего угла, при этом лимити
рующая толщина пластины определяется зависимостью

/?! _аач = R sin(2a j) cos со + f.

3. На основе математической модели сил, действующих на режущую пластину сборного комбинированного зенкера, получило дальнейшее развитие положение, что существует такое расположение ее опорных поверхностей, при котором силы резания уравновешиваются силами трения.

4. Впервые установлено, что максимальная нагрузка, действующая на винт узла крепления режущей пластины зенкера, наблюдается в период врезания и обусловлена фазовым сдвигом между постоянными времени приращения силы Р_г и равнодействующей сил Р_х и Р_у.

Практическое значение полученных результатов:

на основе аналитических моделей кинематики движения зенкера определены границы использования режущих пластин с одноплоскостной и двух-плоскостной заточкой задней поверхности;

установлена минимально допустимая граница диаметров зенкеров, которые могут изготавливаться сборными со сменными режущими пластинами;

допустимое уменьшение параметров узла крепления позволило уменьшить размеры режущей пластины, благодаря чему сокращается расход быстрорежущей стали в 1,5 - 2 раза;

разработаны рекомендации по проектированию сборных комбинированных зенкеров, которые используются на ОАО "Винницкий инструментальный завод" и ОАО "Горловский машиностроительный завод". Экономический эффект от внедрения и эксплуатации предложенных конструкций сборных комбинированных зенкеров составит 23200 гривен в год.

Личный вклад соискателя. Основные положения и результаты диссертационной работы получены автором самостоятельно.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались: на Международной научно - технической конференции "Прогрессивная техника и технологии машиностроения" (Украина, г, Севастополь, 1995 г.); на Международной научно - технической конференции "Современные проблемы машиностроения и технический прогресс" (Украина, г. Севастополь, 1996г.); на Международной научно - технической конференции "Прогрессивные технологии машиностроения и современность" (Украина, г. Севастополь, 1997 г.); на Международной научно - технической конференции "Машиностроение и техносфера на рубеже XXI века" (Украина, г. Севастополь, 1998 г.).

Работа обсуждена и одобрена на расширенном научно - техническом семинаре кафедры "Металлорежущие станки и инструменты" ДонГТУ, протокол № 16 от 15 июня 2000 г.

Публикации. Основное содержание работы отображено в 5 научных статьях, 4 тезисах докладов.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов и выводов в конце каждого раздела, общих выводов, списка использованных источников, что составляет 97 названий, приложений. Объем работы составляет 201 страницу основной части, приложений - 51 страницу, рисунков - 59, таблиц - 37.