Прогнозирование и минимизация заусенцев при обработке резанием, моделированием процессов их образования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.03.01, кандидат технических наук Торопов, Андрей Анатольевич

• Торопов, Андрей Анатольевич
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Торопов, Андрей Анатольевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. ПРОБЛЕМЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ И МИНИМИЗАЦИИ ЗАУСЕНЦЕВ И ПУТИ ИХ РЕШЕНИЯ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Заусенцы как производственная и научная проблема.

1.2. Определение заусенца, его основные параметры. Классификация заусенцев.

1.3. Известные достижения в области исследования, минимизации и предотвращения заусенцев.

1.3.1. Основные направления научной деятельности по проблемам заусенцев.

1.3.2. Известные исследования образования заусенцев при свободном резании.

1.3.3. Исследования образования заусенцев при сверлении.

• 1.3.4. Исследования образования заусенцев на операциях строгания, фрезерования и точения.

1.4. Выводы.

1.5. Цель и задачи исследования.

I 2. АНАЛИЗ ПРОЦЕССА СТРУЖКООБРАЗОВАНИЯ И МЕТОДИКА

РАСЧЁТА СИЛ НА ПЕРЕДНЕЙ И ЗАДНЕЙ ПОВЕРХНОСТЯХ ЛЕЗВИЯ ПРИ ОБРАЗОВАНИИ ЗАУСЕНЦЕВ.

2.1. Схема деформации жестко - пластичного (идеально пластичного) материала и метод линий скольжения как основа описания пластических деформаций при образовании заусенцев.

2.2. Определение предела текучести при резании.

2.3. Определение угла сдвига.

2.4. Определение длины контакта стружки с передней поверхностью лезвия.

2.5. Контактные напряжения и силы на передней поверхности лезвия.

-32.6. Контактные нагрузки на задней поверхности лезвия.

2.7. Определение сил на передней и задней поверхностях при резании изношенным лезвием.

2.8. Определение средней температуры на передней поверхности лезвия.

2.9. Алгоритм расчёта сил на передней и задней поверхностях лезвия.

2.10. Проверка применимости расчётных формул для определения основных характеристик процесса резания.

2.11. Выводы.

3. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ ЗАУСЕНЦЕВ

3.1. Модель образования заусенца на выходе в направлении главного движения при свободном ортогональном резании.

3.1.1. Случай острого лезвия.

3.1.2. Случай изношенного лезвия.

3.2. Численный анализ процесса образования заусенца на выходе в направлении главного движения при свободном ортогональном резании.

3.3. Модель образования заусенца на выходе в направлении подачи.

3.4. Численный анализ процесса образования заусенца на выходе в направлении подачи.

3.5. Выводы.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ ЗАУСЕНЦЕВ.

4.1. Методика экспериментальных исследований.

4.2. Результаты исследования образования заусенцев на выходе в направлении главного движения при свободном ортогональном резании.

4.2.1. Характер пластических деформаций и отделение стружки.

4.2.2. Влияние толщины среза и механических характеристик обрабатываемого материала.

-44.2.3. Влияние скорости резания.

4.2.4. Влияние переднего угла лезвия и угла кромки заготовки.

4.2.5. Влияние параметров износа лезвия.

4.3. Результаты исследования влияния параметров процесса резания на размеры заусенца на выходе в направлении подачи при продольном точении.

4.3.1. Влияние механических характеристик обрабатываемого материала.

4.3.2. Влияние глубины резания.

4.3.3. Влияние переднего угла лезвия и толщины среза.

4.3.4. Влияние скорости резания.

4.3.5. Влияние главного угла в плане.

4.3.6. Влияние угла кромки.

4.3.7.Влияние износа лезвия.

4.4. Статистическая проверка адекватности разработанных моделей.

4.5. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Прогнозирование и минимизация заусенцев при обработке резанием, моделированием процессов их образования»

Актуальность темы. Заусенцы, образующиеся на кромках при механической обработке, являются причиной снижения точности детали, исключения автоматизации, снижения точности контроля размеров. Заусенцы препятствуют сборке изделий, повреждают сопрягаемые поверхности и провода, нарушают эксплуатационные характеристики изделия, являются причиной травм рабочих. В силу указанных причин заусенцы удаляют, что существенно увеличивает затраты на производство. Выбор способа удаления заусенцев, стоимость и трудоёмкость зачистных операций зависят от размеров заусенцев. Известные практические рекомендации и модели процессов образования заусенцев не решают обозначенной проблемы. В связи с этим, прогнозирование размеров заусенцев, управление их возникновением вплоть до предотвращения являются актуальными проблемами машиностроения и других отраслей промышленности.

Целью работы является прогнозирование и минимизация размеров заусенцев при обработке пластичных металлов лезвийными инструментами путём создания математических моделей процессов образования наиболее крупных видов заусенцев.

Методика исследования. Применены аналитические и экспериментальные методы исследования. Аналитические исследования выполнены в форме математического моделирования процессов образования заусенцев с использованием: метода линий скольжения теории пластичности и положений теории резания металлов. Экспериментальные исследования выполнены в виде численных и натурных экспериментов для выявления закономерностей процессов образования заусенцев и оценки достоверности расчётных результатов.

Научная новизна работы состоит в создании математических моделей образования двух типов заусенцев, образующихся на выходе инструмента в направлениях главного движения резания и подачи. Модели содержат новые формулы для расчёта сил резания и размеров заусенцев без проведения натурных экспериментов. Применение моделей позволяет определять условия предотвращения заусенцев.

Практическаяценность. Компьютерные программы математических моделей позволяют расчётным путём прогнозировать размеры заусенцев с целью обоснованного выбора метода последующего удаления заусенцев или выбора параметров и условий процесса резания, обеспечивающих предотвращение заусенцев.

Апробация работы. Разработанные по результатам исследования рекомендации приняты к использованию на предприятиях «Станкостроительный завод «Свердлов»», «Станинтерсервис» и на Государственном унитарном предприятии «Завод им. В. Я. Климова».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 статьи.

Структура и объём работы Диссертация состоит из оглавления, введения, пяти глав, заключения и приложений, содержит 138 страниц машинописного текста, 88 рисунков, 6 таблиц и библиографию из 89 наименований литературных источников.

Первая глава посвящена проведению анализа состояния проблемы заусенцев, существующих путей её решения; выбран объект исследования; определены цель и задачи исследования.

Во второй главе проведён анализ известных математических описаний процесса стружкообразования при свободном ортогональном резании применительно к вопросам образования заусенцев и разработана новая методика расчёта сил на передней и задней поверхностях лезвия при резании острым и изношенным инструментом, применение которой не требует предварительных экспериментов.

В третьей главе проведён анализ процессов образования заусенцев на выходе в направлении главного движения для свободного ортогонального резания и в направлении подачи для продольного точения и других процессов, разработаны модели образования заусенцев. Проведён численный анализ процессов образования заусенцев. В итоге теоретического исследования найдены условия резания, при которых образование заусенцев можно предотвратить.

В четвёртой главе приведены методика и результаты экспериментального исследования образования заусенцев. Показано, что разработанные модели удовлетворительно описывают реальные процессы образования заусенцев. Исследования подтвердили существование условий, при которых заусенцы не образуются.

В пятой главе представлены рекомендации по практическому использованию результатов исследования и их промышленная апробация. Предложены графики и компьютерные программы расчёта геометрических параметров лезвия и кромок заготовок, позволяющих предотвратить образование заусенцев при выполнении различных операций.

Работа выполнена на кафедре "Технология конструкционных материалов" Санкт-Петербургского государственного технического университета. Научный руководитель - академик Санкт-Петербургской Инженерной академии, доктор технических наук, профессор Ю. М. Барон. Автор выражает глубокую благодарность всем преподавателям и сотрудникам кафедры "Технология конструкционных материалов" СПбГТУ, оказавшим большую помощь при выполнении работы.

Заключение диссертации по теме «Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки», Торопов, Андрей Анатольевич

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

В результате проведённого комплекса исследований решена проблема, состоящая в создании моделей образования двух основных типов заусенцев, позволяющих прогнозировать и минимизировать размеры заусенцев и предотвращать их появление на кромках деталей. Решение этой задачи позволяет облегчить или исключить удаление заусенцев и тем самым повысить эффективность изготовления деталей за счёт снижения трудовых и финансовых затрат.

Разработано две модели образования заусенцев: на выходе лезвия в направлении главного движения при свободном ортогональном резании и на выходе лезвия в направлении подачи для продольного точения, строгания, торцового фрезерования и обработке отверстий. В отличие от известных моделей образования заусенца при свободном ортогональном резании в настоящей работе учтено влияние износа лезвия и угла кромки заготовки. Модель образования заусенца на выходе в направлении подачи аналогов не имеет. Созданные математические модели доведены до алгоритмов и компьютерных программ для прогнозирования размеров заусенцев, исследования процессов их образования, определения условий резания, приводящих к минимизации или предотвращению заусенцев. Экспериментальные исследования образования заусенцев и их последующая статистическая обработка по критерию Фишера показала адекватность разработанных моделей с уровнем значимости 5%.

На основе разработанных моделей образования заусенцев предложены практические рекомендации по уменьшению и исключению их образования. Созданы компьютерные программы для определения геометрии лезвия инструмента и кромки заготовки, обеспечивающих предотвращение образования заусенцев.

Создана новая методика расчёта контактных напряжений и сил на передней и задней поверхностях лезвия при резании острым и изношенным лезвием. Предлагаемая методика использует известные экспериментальные данные и исключает необходимость проведения дополнительных экспериментов. Сравнение результатов расчёта с экспериментальными данными известных отечественных исследователей свидетельствует о достаточной точности разработанной методики ( не более 10%).

По результатам исследований можно сделать следующие обобщающие выводы.

1. Процессы образования заусенцев и сливной стружки при обработке пластичных материалов удовлетворительно описываются моделью идеально пластичного тела с использованием метода линий скольжения.

2. Образование заусенца на выходе в направлении главного движения при свободном ортогональном резании сопровождается пластическими деформациями, протекающими по линиям скольжения, имеющим вид дуг окружностей. На размеры такого заусенца влияют физико-механические характеристики обрабатываемого материала, геометрия инструмента и заготовки, параметры износа лезвия и режим резания. При увеличении переднего угла лезвия и угла кромки заготовки размеры заусенца уменьшаются; при определённом сочетании угла кромки заготовки и переднего угла лезвия образование заусенца не происходит. Размеры заусенца возрастают пропорционально толщине среза. На начальной стадии износа размеры заусенца определяются радиусом округления режущей кромки, а в дальнейшем - возрастают пропорционально фаске износа. Относительное удлинение обрабатываемого материала не является фактором, определяющим размеры заусенца. Увеличение прочностных характеристик обрабатываемого материала приводит к уменьшению размеров заусенца. Влияние скорости резания на размеры заусенца несущественно.

3. Механизм образования заусенца на выходе лезвия в направлении подачи при продольном точении и других процессах обусловлен действием сил на главной задней поверхности лезвия. Размеры такого заусенца зависят от физико-механических характеристик обрабатываемого материала, параметров износа лезвия, скорости резания, главного угла в плане лезвия и угла кромки заготовки. При увеличении главного угла в плане лезвия высота заусенца увеличивается, а толщина уменьшается. Увеличение угла кромки заготовки приводит к уменьшению всех размеров заусенца. При определённом сочетании главного угла в плане и угла кромки заготовки образование заусенца не происходит. Размеры заусенца возрастают пропорционально фаске износа. Изменение скорости резания не приводит к значительному изменению размеров заусенца. Глубина резания не влияет на толщину заусенца; до некоторого критического значения фаски износа глубина резания не влияет и на высоту заусенца, при достижении критического значение фаски износа зависимость высоты заусенца от глубины резания носит линейный характер.

4. Наиболее эффективными способами минимизации и предотвращения заусенцев являются увеличение переднего угла и главного угла в плане лезвия инструмента, а также увеличение угла кромки заготовки. Для обеспечения требуемых углов кромки заготовки на практике необходимо выполнять фаски или округления кромок заготовки. Для определения размеров этих конструктивных элементов созданы компьютерные программы. Результаты промышленной апробации предложенных способов минимизации заусенцев выразились в уменьшении трудоёмкости изготовления деталей на 10-15%.

5. Поле линий скольжения в зоне стружкообразования можно представить совокупностью дуг окружностей. На основе такого подхода получены новые формулы для расчёта угла сдвига, размеров контактных областей на передней поверхности лезвия, максимальных нормальных напряжений на передней поверхности. В отличие от известных методик новая формула для расчёта угла сдвига позволяет анализировать стружкообразование с переменной толщиной среза. Полученная в результате исследования формула расчёта длины контакта стружки с передней поверхностью позволяет избежать значительных (до 50%) погрешностей экспериментальных методик.

6. Контакт задней поверхности лезвия с поверхностью резания преимущественно носит пластический характер. Поведение задней поверхности лезвия относительно поверхности резания удовлетворительно описывается схемой внедрения несимметричного жёсткого штампа в идеально пластичную среду. На основе этого положения получена новая формула для расчёта средних нормальных напряжений на задней поверхности, хорошо согласующаяся с известными экспериментальными данными.

5. ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫБОРУ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ ДЛЯ МИНИМИЗАЦИИ И ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ЗАУСЕНЦЕВ.

Стремление облегчить удаление заусенцев связано с уменьшением их размеров (толщины и высоты). В п. 1.2 показано, что основное влияние на трудоёмкость удаления заусенца оказывает его толщина. Высота заусенца неоднозначно сказывается на сложности выполнения таких операций. Кроме того, высота заусенца возрастает с каждым рабочим ходом (оборотом) инструмента (заготовки) независимо от других параметров процесса и поэтому определяется в основном толщиной припуска. В связи с этим уменьшить высоту заусенца там, где это необходимо, можно только путём уменьшения припуска на обработку, а для облегчения удаления заусенца прежде всего необходимо уменьшать его толщину. Рассмотрим возможные пути уменьшения толщины заусенца при выполнении различных операций.

5.1. Минимизация заусенцев на выходе в направлении главного движения.

Свободное ортогональное резание в чистом виде редко встречается на производстве. Тем не менее многие процессы обработки имеют много общих черт с этой схемой. К таким процессам можно отнести фрезерование пазов дисковыми фрезами, точение с поперечной подачей, в том числе фасонное, долбление, нарезание зубчатых колёс червячными фрезами и другие виды обработки. В связи с этим разработанная модель I образования заусенцев на выходе в направлении главного движения при свободном ортогональном резании может иметь более широкое применение. В результате проведённых исследований установлено, что для уменьшения толщины такого заусенца существуют следующие возможные пути:

• уменьшение толщины среза (подачи);

• увеличение скорости резания;

• увеличение прочностных характеристик обрабатываемого материала в области кромки заготовки;

• уменьшение предельно допускаемого значения фаски износа;

• увеличение переднего угла;

• увеличение угла кромки заготовки.

Рассмотрим возможности применения каждого из указанных путей.

Уменьшение толщины среза оказывает существенное влияние на толщину заусенца. Например, при обработке алюминия уменьшение толщины среза в два раза приводит к такому же изменению толщины заусенца. Вместе с тем уменьшение подачи может существенно снизить производительность обработки. В таком случае для сохранения требуемого уровня производительности необходимо увеличивать скорость резания, что одновременно приводит к уменьшению толщины заусенца, хотя и незначительному. Однако, увеличение скорости резания не всегда возможно по причине ускорения износа лезвия, и, следовательно, уменьшения его стойкости. Это обстоятельство способствует быстрому росту толщины заусенца. Ужесточение требований к стойкости лезвия приводит к его частым переточкам или заменам неперетачиваемых пластин и снижает эффективность обработки. Применение специальных способов повышения стойкости (например, нанесение покрытий) требует наличия соответствующего оборудования и повышает затраты производства. Таким образом, уменыпение толщины среза одновременно с повышением скорости резания является малоэффективным путём.

Другим возможным решением проблемы минимизации размеров заусенцев при выполнении указанных операций может быть предварительное упрочнение (например, закалка) кромок заготовки. Однако подобное упрочнение неэффективно с точки зрения стойкости инструмента, поскольку при выходе из контакта с заготовкой лезвие встречается с более прочным материалом и быстрее изнашивается. Это обстоятельство, как уже отмечалось, приводит к обратному эффекту при стремлении уменьшить толщину заусенца и облегчить его удаление. Кроме того, увеличение прочности обрабатываемого материала сопровождается упрочнением самого заусенца, что наоборот приводит к затруднению его удаления.

Увеличение переднего угла позволяет существенно снизить толщину заусенца. Например, при обработке меди М4 изменение переднего угла от 0 до 20° приводит к уменьшению толщины заусенца более чем в два раза. Вместе с тем вход и выход лезвия из контакта с заготовкой связаны с переменными ударными нагрузками, способствующими выкрашиванию режущей кромки. Уменьшение переднего угла снижает прочность и стойкость лезвия к таким выкрашиваниям. Подобные сколы, резко изменяющие геометрию режущей части инструмента, приводят к возникновению огромных заусенцев. При обработке сравнительно мягких металлов, таких как медь и алюминий, уменьшение переднего угла практически не влияет на стойкость лезвия к выкрашиванию и может эффективно сказаться на уменьшении толщины заусенца. При обработке более прочных сталей, например XI8Н9Т, такой путь вряд ли можно считать приемлемым.

Наиболее перспективным решением проблемы минимизации и, что особенно важно, предотвращения заусенца на наш взгляд является совместное увеличение переднего угла и угла кромки заготовки. Помимо уменьшения толщины заусенца и исключения его образования увеличение угла кромки способствует плавному выходу лезвия из контакта с заготовкой, что снижает вероятность его хрупкого разрушения при больших передних углах. На основе разработанной модели образования заусенца при ортогональном резании в пакете Mathcad 6.0 Plus создана компьютерная программа расчёта угла кромки, обеспечивающего исключение образования заусенца, при заданных режиме резания, значении переднего угла, свойствах обрабатываемого материала и предельном значении фаски износа. На заготовках такие углы кромки могут быть обеспечены фасками или радиусами округления кромок, значения которых на основе расчётного значения угла кромки, позволяет рассчитывать эта программа. Текст программы представлен в Приложении 4.

С другой стороны, угол кромки заготовки в силу каких-либо причин, может быть задан. В этом случае для устранения образования заусенца следует рассчитывать значение переднего угла. Для совместного выбора переднего угла, угла кромки или радиуса её округления удобно пользоваться графиками. В связи с этим автором разработана компьютерная программа, позволяющая строить такие графики по заданным условиям процесса резания. Пример таких графиков для обработки стали Х18Н9Т при допустимой фаске износа Ьи=0,8 мм приведён на рис. 5.1. Точки, расположенные выше кривой, соответствуют значениям параметров, при которых образование заусенца исключено.

Ф: град

70

65

60

55

50

-10 -5 0 У

10 15 20

Рис. 5.1. Графики для выбора угла на кромке заготовки (а) и радиуса её округления (б) в направлении главного движения в зависимости от переднего угла

В качестве условия исключения образования заусенца принято выражение (3.13). В зависимости от преобладания влияния сил на передней или задней поверхностях лезвия вместо переднего угла у в формуле (3.13) использованы углы уэкв или аэкв, определяемые по методике, изложенной в п. 2.9. При значении угла кромки выше оптимального образование заусенца не происходит.

5.2. Минимизация заусенцев на выходе в направлении подачи.

Для минимизации толщины заусенца на выходе в направлении подачи при продольном точении, строгании, торцовом фрезеровании и обработки сквозных отверстий (растачивание, рассверливание, зенкерование, развёртывание) имеются следующие возможные пути:

• уменьшение предельно допускаемого значения фаски износа;

• увеличение скорости резания;

• увеличение прочности обрабатываемого материала в области кромки заготовки;

• увеличение главного угла в плане лезвия ;

• увеличение угла кромки заготовки.

Влияние фаски износа по главной задней поверхности весьма существенно сказывается на изменении толщины заусенца. Увеличение износа в два раза приводит к почти такому же увеличению толщины заусенца. Однако, как уже отмечалось, увеличение требований к стойкости лезвия отрицательно сказывается на эффективности обработки в целом. В связи с этим рассматриваемый путь минимизации заусенцев вряд ли следует считать эффективным.

Увеличение скорости резания хотя и вызывает уменьшение толщины заусенца, однако влияние этого параметра очень незначительно.

Например, при обработке стали 20 увеличение скорости в три раза в наиболее часто применяемом диапазоне (от 100 до 300 м/мин) приводит к уменьшению толщины заусенца не более чем на 15%. Помимо этого, как уже отмечалось, увеличение скорости резания может приводить к обратному эффекту в силу ускорения износа лезвия. Таким образом, увеличение скорости резания может быть неподходящим путём для минимизации заусенцев.

Увеличение прочности обрабатываемого материала в области кромки заготовки по предварительным расчётам позволяет уменьшить толщину заусенца на 10-15%. Однако при этом, как отмечалось в предыдущем параграфе, лезвие инструмента быстрее изнашивается и наоборот приводит к увеличению толщины заусенца. С другой стороны, увеличение прочности обрабатываемого материала повышает прочность самого заусенца, что отрицательно влияет на его удаление. Учитывая эти обстоятельства, увеличение прочностных характеристик обрабатываемого материала следует признать неэффективным способом облегчения удаления заусенцев.

Наиболее сильное влияние на толщину заусенца оказывают уменьшение главного угла в плане лезвия и угла кромки заготовки. Например, при обработке алюминия изменение главного угла в плане от 45° до 60° вызывает уменьшение толщины заусенца более чем в два раза, а изменение угла кромки всего на 10° уменьшает этот размер заусенца почти на 30%. Причём при определённом сочетании этих углов образование заусенца перестаёт иметь место. В связи с этим указанные пути следует считать наиболее эффективными с точки зрения не только минимизации, но и предотвращения заусенца. На основе разработанной модели в пакете МаЙтсаё 6.0 разработана программа расчёта угла кромки, обеспечивающего предотвращение заусенца, при заданных режиме резания, допускаемой фаске износа, главном угле в плане и физико-механических свойствах обрабатываемого материала. Другая программа позволяет строить графики для совместного выбора угла кромки и главного угла в плане при заданной допустимой фаске износа и физико-механических свойствах обрабатываемого материала. Кроме оптимального значения угла кромки программы позволяют рассчитывать оптимальный радиус округления кромки заготовки. В качестве примера на рис. 5.2 приведены графики для обработки стали 20 с допустимой фаской износа 0,8 мм. Точки, расположенные выше кривых, соответствуют значениям углов и радиусов, при которых образование заусенца исключено. Тексты программ имеются в приложении 4. В качестве условия исключения образования заусенца принято выражение (3.29).

5.3 Примеры использования рекомендаций.

Рассмотренные предложения могут быть реализованы при проектировании заготовок, получаемых штамповкой или литьём. Типичным примером является заготовка зубчатого колеса (рис. 5.3.). В данном случае рекомендуется изменить традиционную конструкцию внутренней полости штампа таким образом, чтобы кромки внутренних и наружных поверхностей штамповки имели определённые фаски или округления. Посадочное отверстие колеса по всей вероятности получают протягиванием. Следовательно, в этом случае можно использовать модель свободного ортогонального резания. Допустим, что колесо изготавливают из стали XI8Н9Т, а передний угол протяжки равен нулю. Тогда угол на кромке посадочного отверстия в первом приближении должен быть не менее 65° (см. рис. 5.1), угол кромки - не менее 155°, а П

160

МО

120

100

011 ч X х X

10 ¡0 30 40 50

70 80 Ф к, мм 8 2 О

30 40

70 80 90

Рис. 5.2. Графики для выбора угла кромки заготовки (а) на выходе в направлении подачи и радиуса округления кромки заготовки (б) в зависимости от главного угла в плане

Рис. 5.3. Эскиз заготовки зубчатого колеса. радиус округления кромки не менее 12 мм. В таком случае при обработке торцов колеса главный угол в плане подрезного резца в соответствии с графиком на рис. 5.2 должен быть не менее 35°. Фаски наружных цилиндрических поверхностей и главный угол в плане проходного резца при их обработке также может быть выбран с использованием рис. 5.2. Подобные изменения в конструкции заготовки могут быть использованы при изготовлении штамповок для деталей типа «втулка», «рычаг», «диск» и др. В случае наличия в конструкции детали сквозного отверстия, в предполагаемом месте выхода инструмента заготовка должна по возможности содержать наметку этого отверстия. Это может быть углубление некоторого радиуса или другой конструктивный элемент. При проектировании заготовок зубчатых колёс можно рекомендовать намечать или выполнять впадины зубьев с соответствующими радиусами округления кромок. Однако при этом могут возникнуть сложности с увеличением стоимости штампа и с необходимостью точной установка! заготовки. Помимо этого для уменьшения объёма заусенцев при зубонарезании на торцах венца можно рекомендовать выполнять черновые фаски, высота которых должна быть больше высоты зуба для обеспечения требуемого угла кромки при чистовой обработке. Однако в этом случае необходимо увеличивать ширину венца. В противном случае вследствие наличия фаски происходит уменьшение длины контакта зубьев при работе передачи.

Подобные рекомендации относятся к проектированию отливок. В этом случае необходимо изменять традиционные конструкции модели и стержней. Модель, как в случае со штампованной заготовкой, должна содержать черновые фаски или округления кромок, размеры которых можно рассчитать по предлагаемым программам. Концы стержней также должны иметь фаски или округления, вследствие чего увеличивается диаметр знаков стержней.

Следует заметить, что для обеспечения требуемого угла кромки необходимо правильно выбирать схему базирования. Например, при обтачивании наружного диаметра зубчатого колеса (см. рис. 5.3) схема базирования заготовки должна быть такой, чтобы резец выходил из контакта с заготовкой в месте, где расположено специально предусмотренное округление.

Предлагаемые в настоящей главе рекомендации были рассмотрены в ЗАО «Станкостроительный завод «Свердлов»», CAO «Станинтерсервис» и на государственном унитарном предприятии «завод им. В. Я Климова».

Завод им. В. Я. Климова изготовляет ряд сложных многокромочных деталей типа ковочных штампов, диффузоров, корпусов и других деталей газотурбинных двигателей из жаропрочных сплавов, обладающих высокой склонностью к образованию крупных прочных заусенцев. Устранение таких заусенцев составляет до 30% штучно-калькуляционного времени. Сложная конфигурация кромок таких деталей требует использования ручного труда, при этом труднодоступность некоторых кромок делает выполнение операций по зачистке заусенцев очень утомительными. Изложенные выше рекомендации по изменению формы кромок заготовок позволили облегчить удаление заусенцев за счёт минимизации их размеров, а в ряде случаев - полностью исключить их образование. В результате по оценкам специалистов предприятия трудоёмкость изготовления деталей сократилась в среднем на 10-15%.

Предприятия «Станкостроительный завод «Свердлов»» и «Станинтерсервис», занимающиеся выпуском станков расточной группы, ориентированы на серийное производство, в связи с чем в качестве заготовок для изготовления деталей станков, как правило, используются отливки и штамповки. Большие проблемы на этих предприятиях возникают при обработке корпусов и зубчатых колёс приводов станков. В первом случае сложности возникают из-за труднодоступности заусенцев, которые зачастую расположены на внутренних кромках растачиваемых отверстий. Во втором случае большие заусенцы, возникающие при черновой обработке колёс, значительно увеличивают трудоёмкость изготовления детали и при переустановках часто являются причиной порезов рабочих. Для устранения появления заусенцев при черновой обработке предложено изменить геометрию режущей части токарных и расточных резцов, а также увеличить радиус округления кромок заготовок в соответствии с расчётами по разработанным программам. В результате апробации объём заусенцев снизился примерно на 30%, при этом на отдельных кромках заусенцы полностью отсутствовали.

Акты об использовании рекомендаций приложены в конце диссертации.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Торопов, Андрей Анатольевич, 1999 год

1. Абуладзе Н. Г. О напряжении сдвига и связи между углами сдвига и трения при образовании сливной стружки. В кн.: Обрабатываемость жаропрочных и титановых сплавов. Куйбышев: Куйбышевское областное книжное издательство, 1962, С. 306- 317.

2. Абуладзе Н. Г. Характер и длина пластического контакта стружки с передней поверхностью инструмента. В сб.: Обрабатываемость жаропрочных и титановых сплавов. - Куйбышевское обл. изд - во, 1962, С. 68 - 78.

3. Барон Ю. М. Магнитно-абразивная и магнитная обработка изделий и инструментов. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1986.-172 с.

4. Барон Ю. М., Торопов А. А. Модель образования заусенцев на выходе в ^ направлении подачи // Инструмент. 1998. - №1. - С. 30 - 31.

5. Бобров В. Ф. Основы теории резания металлов. М.: Машиностроение, 1975. - 343 с.

6. Брике А. А. Резание металлов. Санкт-Петербург, 1896.

7. Виноградов А. А. Физические основы процесса сверления труднообрабатываемых материалов твердосплавными свёрлами. Киев: Наук, думка, 1985. - 264 с.

8. Виноградов А. А. Расчет усадки стружки и длины контакта ее с резцом // Сверхтвердые материалы. 1980. - №2. - С. 58 - 63.

9. Виноградов А. А. К вопросу определения сил на задней поверхности инструмента // Сверхтвердые материалы. 1989,- №1,- С. 46 - 51.

10. Ю.Гордон М. Б. Исследование трения и смазки при резании металлов./ В сб. k : Трение и смазка при резании металлов. Чебоксары: Изд-во ЧТУ, 1972.165 с.

11. П.Даниелян А. М. Теплота и износ в процессе резания металлов. М.: Машгиз, 1954. - 276 с.

12. Железнов Г. С., Сингеев С. А. Расчет сил, действующих по задней поверхности инструмента. // Известия вузов. Машиностроение. 1983. -№9. - с. 146 - 148.

13. Зайцев А. К. Оптический метод изучения напряжений. Л. : изд-во Сев,-Зап. обл. Промбюро, ВСНХ, 1927.

14. Кабалдин 10. Г., Хромов А. И., Егорова Ю. Г. Жестко пластическая модель процесса резания металлов. // Вестник машиностроения. - 1998. -№2. - С. 9-11.

15. Качалов Л. М. Основы теории пластичности. М.: Высш. шк., 1969. -420 с.

16. Клушин М. И. Резание металлов. М.: Машгиз, 1958. - 543 с.

17. Коротких М. Т. Научные основы получения стальных фиброэлементов резанием: дис. на соискание уч. степ. док. техн. наук. С. - Петербург, 1997. -278с.21 .Крагельский И. В. Трение и износ. М.: Машиностроение, 1968. - 480 с.

18. Кузнецов В. Д. Физика твёрдого тела. Томск : Красное знамя, 1941. -Т.2.-771с.

19. Кушнер В. С. Термо-механическая теория процесса непрерывного резания пластичных металлов. Иркутск: Изд - во Иркут. ун - та, 1982. -180 с.

20. Лоладзе Т. Н. Стружкообразование при резании металлов. М. : Машгиз, 1952. - 200 с.

21. Лоладзе Т. Н. Прочность и износостойкость режущего инструмента. М.: Машиностроение, 1982. - 320 с.

22. Макаров А. Д. Оптимизация процессов резания. М. : Машиностроение, 1976.-278 с.

23. Макушок Е. М. Самоорганизация деформационных процессов. Минск: Навука i тэхшка, 1991. - 272 с.

24. Матвеев С. Н. О распределении касательных и нормальных напряжений на передней поверхности режущего инструмента. В сб.: Физические процессы при резании металлов. Волгоград: ВПИ. - 1984. - С. 67 - 72.

25. Методика выбора и оптимизации контролируемых параметров технологических процессов. Методические указания: РДМУ 107-99.

26. Мурашкин JI. С., Мурашкин С. Л. Прикладная нелинейная механика станков. Л. : Машиностроение, 1977. - 192 с.31.0стафьев В. А. Расчёт динамической прочности режущего инструмента. М. : Машиностроение, 1979. - 167 с.

27. Полетика М. Ф. Контактные нагрузки на режущих поверхностях инструмента. М.: Машиностроение, 1969. - 150 с.

28. Полетика M. Ф., Утешев M. X. Исследование процесса резания поляризационно-оптическим методом // Известия Томского политехнич. ин-та, т. 115,1964.

29. Петрушин С. И. Определение напряжений в зоне стружкообразования методом линий скольжения с учетом контактных нагрузок / / Известия вузов. Машиностроение. 1987. - №4. - С. 117 -120.

30. Развитие науки о резании металлов/ В. Ф. Бобров, Г. И. Грановский, H. Н. Зорев и др. М.: Машиностроение, 1967. 416 с.

31. Рамарадж, Сантанам, Шоу. Разрушение инструмента в конце резания. ч.1. Образование носка / / Современное машиностроение. Сер. Б. 1989. -с. 96- 102.

32. Резников А. Н. Теплофизика резания. М. : Машиностроение, 1969. -288 с.

33. Розенберг А. М., Розенберг О. А. Механика пластического деформирования в процессах резания и деформирующего протягивания.-Киев: Наук, думка, 1990. 320 с.

34. Розенберг А. М., Еремин А. Н. Элементы теории процесса резания металлов. Машгиз, 1956. - 320 с.

35. Розенберг А. М., Розенберг 0. А. Расчет сил при резании пластичных металлов // Сверхтвердые материалы. 1987. - №4. - С. 48 - 54.

36. Сато Масанобу, Хигасимура Йосихиро, Такано Кэнсукэ. Образование заусенцев при точении / / Сэймицу кикай. 1979. - т. 45. - №8. - С. 932 -937.

37. Силин С. С. Метод подобия при резании материалов. М. Машиностроение, 1979. - 152 с.

38. Соколовский В. В. Теория пластичности. М.: Высш. шк., 1969. - 608 с.

39. Справочник инструментальщика / И. А. Ординарцев, Г. В. Филиппов, А. е И. Шевченко и др.; под общ. ред. И. А. Ординарцева. Л. :

40. Машинростроение, Ленингр. отд-е, 1987. 846 с.

41. Справочник технолога-машиностроителя, в 2-х т. / Под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова. 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Маш-е, 1985.-496 с.

42. Степанов Г.В. и др. Особенности деформирования и разрушения обрабатываемого материала при выходе резца / Степанов Г В., Харченко В.В., Федорчук В. А., Шатько А. А. // Проблемы прочности. 1994. - №9. - С.40-47.

43. Таказава К. Удаление заусенцев с изделий. Кикай - но - кэнкю, 1977, т. 29, №12, с.1481 -1465.

44. Таказава К. Технология удаления заусенцев / / Кикай но - кэнкю. -1978. - т. 30.-№1.-С. 43-48.

45. Такадзава Т. Образование заусенцев при обработке резанием // Кикай -но кэнкю. - 1978. т. 30. - 92. - С.329 - 332.

46. ЗО.Такадзава Т. Исследование образования заусенцев на кромках деталей после их механической обработки // Кикай но - кэнкю. - 1978. - т. 30. -№3. - С. 441 - 447.

47. Такая К. Современная технология удаления заусенцев // Кикай но -кэнкю. - 1977. - т. 29. - №11. - С. 1343 - 1348.

48. Талантов Н. В. Физические основы процесса резания, изнашивания и разрушения инструмента. М.: Машиностроение. - 1992. - 320 с.

49. Тиме И. А. Мемуары о строгании металлов. Санкт-Петербург, 1877.

50. Томлёнов А. Д. Теория пластического деформирования металлов. М. : Металлургия, 1972. - 408 с.

51. Трент Е. М. Резание металлов. / Пер. с англ. Г. И. Айзенпггока. М.: Машиностроение, 1980. - 263 с.

52. Третьяков А. В., Зюзин В. И. Механические свойства металлов и сплавов при обработке давлением. М. : Металлургия, 1973. - 224 с.

53. Физические основы процесса резания металлов / Коллектив авторов. Под ред. проф. В. А. Остафьева. Киев: Вшца школа, 1976. - 136 с.

54. Шатерин М. А., Ермолаев М. А., Самойленко В. Д. Силы и контактные нагрузки, действующие на заднюю поверхность режущего инструмента // Станки и инструмент. 1988. - №3. - С. 28 - 30.

55. Шатерин М. А. Интенсификация процесса резания посредством предварительного плазменного нагрева заготовки: дис. на соискание уч. степ. док. техн. наук. С.-Петербург, 1987. - 506 с.

56. Шустер JL Ш. Адгезионное взаимодействие режущего инструмента с обрабатываемым материалом. М. : Машиностроение, 1988. - 96 с.

57. Щеголев А. В., Мурашкин JI. С., Ткачевский В. И. и др. Скоростное фрезерование. M.-JL: Машгиз, 1949.- 224 с.

58. Adachi К., Norihisa A., Harada S., Okita К., Wakisaka 8. Study on Burr in Low Frequency Vibratory Drilling // Bull. Jap. Soc. Precis. Eng. -1987. 4.21,-№4. - p. 258- 264.

59. Arai Minora, Nakayama Kazuo. Burr Formation in Metal Cutting // J. Jap. Soc. Precis. Eng. Vol. 53. - №7. - P. 1033 -1038.

60. Choi Young-Sik. Development of Deburring and Surface Finishing Technology and Future Problems in Korea // 3rd International Conference on Precision Surface Finishing and Burr Technology, 1994,p.l26- 138.

61. Ernst H., Merchant E. Chip Formation, Friction and High Quality Machined Surfaces. Trans. ASME, 1941, vol. 29, p. 229.

62. Dornfeld D. Intelligent Deburring of Precision Components // 3rd International Conference on Precision Surface Finishing and Burr Technology, 1994, p. 25 -38.

63. Gillespie L. K., Blotter P. T. The Formation and Properties of Machining Burrs // Trans. ASME. 898. - №1. - p.66 - 74.

64. Gillespie L. K. Process Control for Burrs and Deburring // 3rd International Conference on Precision Surface Finishing and Burr Technology. 1994. - p. 14 - 24.

65. Gillespie L. K. Burr Problems in US H 4th International Conference on Precision Surface Finishing and Burr Technology (Bad Nauheim, Germany, 23 24 September, 1996). - Deburring Technology International, Inc., Kansas City, MO, 1996. - p. 2-15.

66. Hontao L., Qiping W., Lei C. Research of Mechanism of Edge Burr Formation Gausing by Face Milling // 3rd International Conference on Precision Surface Finishing and Burr Technology, 1994, p. 384 398.

67. Kishimoto Waichiro, Miyake Teruaki, Takano Kensuke. Study of Bun-Formation in Face Milling. Conditions for the Secondary Burr Formation // Bull. Jap. Soc. Precis. Eng, -1981. Vol. 15. №1.- P. 51 - 52.

68. Kishimoto Waichiro, Miyake Teruaki, Takano Kensuke, Yamanaka Keiichi. Burr Formation in Face Milling / / J. Jap. Soc. Precis. Eng. 1987. - Vol. 53. -№1. - P. 98- 104.

69. Ko S.-L., Dornfeld D. Burr Formation and Fracture at the Exit Stage in Oblique Cutting ff 3rd International Conference on Precision Surface Finishing and Burr Technology, 1994, p. 442- 453,

70. Lee E. N., Shaffer B. W. The Theory of Plasticity Applied to a Problem of Machining. Trans. ASME, J. Appl. Mech., 1951, vol. 29, p. 405 - 413

71. Lee G. B. Digital Control for Burr Minimization in Drilling: Ph. D. Dissertation. Dept of Mech. Eng., Univ. of California, Berkeley. -1989.

72. Mabuchi E., Funabashi K. The Formation of Burrs at the End of Machining // Bull. Nagoya Inst. Technol. 1978. - Vol. 30, - P. 173 - 177.81 .Nakayama K., Arai M. Burr Formation in Metal Cutting / / GIRP Ann. 1987. -№1. - P. 33-36.

73. Pande S. S., Relekar H. P. Investigation on Burr Formation in Drilling // Int. J. Mach. Tool Des. and Res. 1986. - Vol. 26. - №3. - P. 339 - 348.

74. Pekelharing A. J. The Exit Failure in Interrupted Tools // ibid. 1S7S. - 27, №1. - p. 5.

75. Quian Z. G., Chan J. F. L., Braiden P. M. The Failure of Metal Cutting Tools at Tool / Work Disengagement // 3rd International Matador Conference, London: 1993. - p.356-364.

76. Sugawara Akira, Inagaki Koji. Burr in Micro Diameter Drill Working. Report Effects of Drill Edge Shapes and Working Conditions / / Bull. Jap. Soc. Precis. Eng. -1981. Vol.15. - №1. - P. 21 - 26.

77. STD-01.WBTC. 1996, draft. Deburring Technology International, Inc., Kansas City, MO.

78. Takazawa K., Xiong S., Kitajima K., Miyake T., Tanaka Y. Burr Formation Mechanism in Drilling and its Control 11 3rd International Conference on Precision Surface Finishing and Burr Technology, 1994, p. 232 246.

79. Takazawa K. // 4th International Conference on Precision Surface Finishing and Burr Technology (Bad Nauheim, Germany, 23 24 September, 1996). -Deburring Technology International, Inc., Kansas City, MO, 1996. - p.105-130.

80. Tsotskhadze V. V. Cutting Tool Interface Temperature while Machining preheated Jobs. // Fourth All India Machine Tool Conference.