Підвищення ефективності обробки наскрізних отворів комбінованим інструментом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Державний вищий навчальний заклад

„ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ”

УДК 621.9.022.2

ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ОБРОБКИ НАСКРІЗНИХ ОТВОРІВ КОМБІНОВАНИМ ІНСТРУМЕНТОМ

05.03.01 - процеси механічної обробки, верстати та інструменти

АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

МІРОШНИЧЕНКО ОЛЕКСАНДР ВОЛОДИМИРОВИЧ

ДОНЕЦЬК 2009

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано на кафедрі „Металорізальні верстати та інструменти” в Державному вищому навчальному закладі „Донецький національний технічний університет” Міністерства освіти та науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Малишко Іван Олександрович, Державний вищий навчальний заклад «Донецький національний технічний університет», м. Донецьк, професор кафедри „Металорізальні верстати та інструменти”.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Равська Наталія Сергіївна,Національний технічний університет України „Київський політехнічний інститут”, м. Київ, завідувач кафедри „Інструментальне виробництво”;

кандидат технічних наук, доцент, старший науковий співробітник Гузенко Віталій Семенович, „Донбаська державна машинобудівна академія”, м. Краматорськ, доцент кафедри „Металорізальні верстати та інструменти”.

Захист відбудеться 15 жовтня 2009 року о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д11.052.04 у Державному вищому навчальному закладі „Донецький національний технічний університет” за адресою: 83001, вул. Артема 58, VI навчальний корпус, ауд. 202.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Державного вищого навчального закладу „Донецький національний технічний університет” за адресою: 83001, вул. Артема, 58, II навчальний корпус.

Автореферат розісланий „15” вересня 2009 року.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради Д11.052.04

к.т.н., доцент Т.Г.Івченко

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Оброблення металів різанням є складовою частиною виробництва більшості деталей. Як і інші технологічні процеси, воно має бути конкурентноздатним. Незалежно від того, чи йде мова про обробку окремих складних деталей на великому підприємстві або про масове виробництво, отримання прибутків або збитків залежить від ефективності оброблення. Ефективність оброблення включає три основних складових: забезпечення необхідної якості продукції, підвищення продуктивності і зниження собівартості.

Особливо важливою в сучасному машинобудуванні є ефективність оброблення отворів, які складають в деяких машинах і апаратах до 70% поверхонь, що обробляються. Від точності оброблення отворів значною мірою залежить працездатність і надійність всього механізму. Найактуальніше проблема підвищення ефективності стоїть при обробленні основних поверхонь в деталях гідро- та пневмо-розподільної апаратури, літальних апаратів та інших машин, пов'язаних з безпекою життєдіяльності людини.

Одними з основних показників якості оброблення отворів є: шорсткість обробленої поверхні, точність подовжнього перетину, точність поперечного перетину.

Основними чинниками, що впливають на вищезазначені складові показників якості оброблення є: деформації технологічної системи від дії сил різання, знос інструменту, похибки виготовлення інструменту, непостійність наросту на передній і задній поверхнях інструменту. Деякі з вищезазначених чинників можуть бути усунені за рахунок технологічних або технічних рішень. Проте це призводить до зниження продуктивності оброблення або до значного збільшення собівартості продукції.

Одним із основних напрямків підвищення продуктивності на сучасному етапі розвитку науки і техніки є використання багатоцільових верстатів, які призначені для суміщення операцій та оснащені механізмами автоматичної заміни інструменту. Проте слід зазначити, що збільшення місткості інструментальних магазинів веде не лише до розширення технологічних можливостей верстата, а і до збільшення собівартості продукції. Зменшення місткості інструментальних магазинів досягається за рахунок використання прогресивних технологій і зокрема за рахунок концентрації операцій. Для цього використовується комбінований інструмент. У світі досить широко використовуються комбіновані інструменти типа свердло-свердло, зенкер-зенкер, розвертка-розвертка. Світовими лідерами з виготовлення комбінованих інструментів є фірми SARTORIUS, HERTEL та GUHRING.

Слід зазначити, що існуючі комбіновані інструменти не спроможні значно підвищити ефективність оброблення отворів, тому що вони не завжди забезпечують необхідну якість, а продуктивність їх роботи не набагато більша продуктивності одномірних інструментів.

У зв'язку з цим, тема підвищення ефективності оброблення отворів комбінованим інструментом є важливим науковим завданням в області механічної обробки різанням.

Зв`язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана відповідно до наукового напряму кафедри «Металорізальні верстати та інструменти» за пріоритетним напрямом «Розвиток теорії осьових комбінованих інструментів» і базується на держбюджетних науково-дослідних роботах: «Розробка методів визначення впливу температур на пружні переміщення осьових інструментів при багато параметричному силовому впливі» (№ держреєстрації 0198U002308), «Розвиток теорії управління точністю обробки отворів осьовим інструментом з врахуванням впливу температур» (№держреєстрації 0101U001189). Замовник - Міністерство освіти та науки України.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є підвищення ефективності оброблення отворів за рахунок оптимізації режимів різання та геометричних параметрів комбінованого інструменту.

Для досягнення поставленої мети в роботі вирішені наступні основні задачі:

1. Провести аналіз процесу обробки отворів комбінованим інструментом, встановити можливі причини утворення похибки подовжнього і поперечного профілю отвору, а також чинники, що впливають на збільшення шорсткості, і визначити шляхи їх усунення.

2. Розробити комплексну математичну модель сходження стружки з урахуванням геометричних параметрів інструмента і режимів різання.

3. Визначити оптимальні геометричні параметри комбінованого інструмента, що виключають можливість контакту стружки з обробленою поверхнею.

4. Розробити математичну модель утворення огранки при використанні паралельної схеми роботи комбінованого інструмента.

5. Провести експериментальні дослідження впливу геометричних параметрів і режимів різання комбінованого інструменту на кут сходження стружки, величину неврівноваженої радіальної сили різання, шорсткість і огранку оброблених отворів.

6. Розробити методику визначення оптимальних режимів різання при використанні комбінованого інструменту.

Об'єктом досліджень є оброблення отворів комбінованим інструментом.

Предметом досліджень є процеси формування поперечного перетину отворів та сходження стружки по передній поверхні інструмента.

Методи досліджень. Досягнення поставленої мети забезпечене раціональним поєднанням теоретичних і експериментальних методів досліджень. стружка оброблений поверхня інструмент

При розробці і аналізі математичних моделей робочих процесів використовувалися методи теорії різання (модель сходження стружки і модель утворення огранки), опору матеріалів (модель поперечного зсуву осі інструменту), а також методи геометричного і лінійного програмування при визначенні оптимальних режимів різання. Адекватність математичних моделей реальним системам встановлювалася на основі порівняльного аналізу результатів експериментальних і обчислювальних експериментів.

Наукова новизна отриманих результатів:

1. Вперше розроблена математична модель сходження стружки, що враховує вплив геометричних параметрів осьового інструменту і фізико-механічні властивості оброблюваного матеріалу.

2. Отримала подальший розвиток теорія утворення огранки при роботі комбінованим інструментом, що дозволило визначити оптимальний розподіл зубців комбінованого інструменту зенкер-розвертка.

3. Вперше розроблена математична модель утворення огранки при паралельній схемі обробки отворів комбінованим інструментом зенкер-розвертка.

Практичне значення отриманих результатів:

- розроблені і теоретично обгрунтовані нові технічні і технологічні рішення, що дозволяють зменшити похибки поперечного перетину отвору. На підставі цих рішень розроблено спосіб обробки отворів комбінованим інструментом типу зенкер-розвертка;

- запропоновано спосіб оброблення отворів комбінованим інструментом зенкер-розвертка, що дозволяє зменшити огранку оброблених отворів в 5 - 10 разів у порівнянні з одновимірними інструментами, а так само знизити шорсткість за рахунок виключення контакту стружки з обробленою поверхнею.

Рекомендації по вибору геометричних параметрів комбінованого інструменту «зенкер-розвертка» упроваджені при обробці деталей гідро- і пневмоапаратури гірничих машин на ВАТ Рутченковський завод «Гормаш» (м. Донецьк) і ВАТ «ДонПКТІ» (м. Донецьк), а також в інструментальне виробництво на ВАТ «Вінницький інструментальний завод». Це дозволило знизити розбивку отворів у 1,5 - 2 рази і їх огранку в 5 - 10 разів і дало річний економічний ефект в 15 тис. грн. за рахунок скорочення витрат на інструмент і оптимізації технологічного процесу обробки отворів.

Особистий внесок здобувача. Теоретичні та експериментальні дослідження, що увійшли до дисертації, виконані автором самостійно. Постановка задач і обговорення результатів виконані спільно з науковим керівником.

Апробація результатів дисертації. Основні наукові положення дисертації розглядалися на науково-технічних конференціях по профілю спеціальності: «Машинобудування і техносфера на рубежі XXI століття» (Севастополь - 2001), «Машинобудування України очима молодих» (Київ - 2005), «Важке машинобудування. Проблеми та перспективи розвитку» (Краматорськ - 2008) та на засіданнях кафедри металорізальних верстатів та інструментів ДонНТУ.

Публікації. Основні положення дисертації опубліковані в 15 роботах, з яких 10 у фахових наукових виданнях ВАК України (5 без співавторів); 1 деклараційний патент України, 2 тези доповідей на конференціях.

Структура і обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, п`яти розділів, загальних висновків, переліку використаних джерел із 115 найменувань і 9 додатків. Загальний обсяг дисертації складає 264 сторінки, включаючи 62 рисунка, 24 таблиці, і додатки на 55 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі подано загальну характеристику роботи, обґрунтовано актуальність теми, визначено мету та задачі досліджень, викладено наукову новизну иа практичне значення отриманих результатів.

У першому розділі - «Проблеми ефективності обробки наскрізних отворів. Обґрунтування завдань досліджень» проведений аналіз чинників, що впливають на показники ефективності обробки отворів. Проведений аналіз використання комбінованих осьових інструментів. Визначений найбільш перспективний інструмент - зенкер-розвертка, що дозволяє істотно скоротити кількість операцій, необхідних для остаточного оброблення отворів. Проведений аналіз впливу геометричних параметрів одномірних зенкерів та розверток, а також режимів різання на показники якості обробленого отвору (шорсткість, точність поперечного перетину отвору, точність подовжнього перетину отвору).

Точність отворів, оброблених осьовим інструментом, на багатьох машинобудівних заводах не задовільняє вимогам, що встановюються до них. Найчастіше при роботі осьовими інструментами доводиться зустрічатись з наступними похибками: 1) огранка отворів; 2) висока шорсткість обробленої поверхні; 3) розбивка або усадка отворів. Наявність вказаних похибок оброблення істотно збільшує відсоток бракованих деталей. Враховуючи те, що комбінований інструмент зенкер-розвертка є інструментом, призначеним для виконання чистових операцій, вартість браку значно зростає.

Як показав попередній аналіз, не дивлячись на велику кількість чинників випадкового характеру, що визначають точність отворів і шорсткість обробленої поверхні, значний вплив мають такі систематичні чинники, як режими різання, конструктивні і геометричні параметри інструменту. В той же час при обробленні комбінованим інструментом необхідно забезпечити надійне відведення стружки, інакше може статися поломка інструменту при роботі із-за її пакетування в стружечних канавках. Існуючі способи обробки отворів, що забезпечують відведення стружки, істотно знижують продуктивність обробки або значною мірою збільшують собівартість продукції та технологічного устаткування. Аналіз робіт П.Р. Родіна, І.О. Малишка, В.Ф. Боброва, С.Н. Філоненка, В.І. Денісенка показав, що найбільш ефективним було б використання способу оброблення, який дозволяє направити стружку у напрямку подачі.

Встановлено, що найбільш важливими параметрами, які впливають на напрям руху стружки, величину радіальної неврівноваженої сили, а, як слід, і на величину розбивки отворів є: кут нахилу головної ріжучої кромки і кути в плані .

Аналіз робіт П.Р. Родіна, І.О. Малишко, С.В. Кірсанова, Г.Г. Іноземцева та інших в області досліджень точності поперечного перетину отворів дозволив встановити основні напрями проведення досліджень особливостей формування і усунення огранки отворів. Більшість робіт по визначенню величини похибки поперечного перетину отворів присвячені обробленню одномірним або комбінованим інструментом за послідовною схемою (рис. 1,а). В той час, як при роботі комбінованого інструменту існує три схеми оброблення (рис. 1): послідовна, комбінована і паралельна. Слід зазначити, що при обробленні наскрізних отворів найбільше вживається комбінована схема, яка включає послідовну та паралельну схеми у різні проміжки часу оброблення отвору. Питання визначення величини похибки поперечного перетину отвору при роботі за паралельною схемою оброблення в спеціальній літературі не розглядалося.

Таким чином для розв`язання питання усунення похибки поперечного перетину отворів необхідно дослідити паралельну схему обробки отворів комбінованим інструментом.

З урахуванням проведеного аналізу поставлена мета роботи - підвищення ефективності оброблення отворів за рахунок оптимізації режимів різання та геометричних параметрів комбінованого інструменту.

У другому розділі - «Методологія та методики досліджень. Об`єкт досліджень» викладені основні методичні аспекти роботи.

З урахуванням проведеного аналізу та поставленої мети для досягнення кінцевого результату була обрана стратегія проведення досліджень. На першому етапі визначалися функціональні зв`язки (рис. 2) між показниками якості оброблених отворів з однієї сторони та геометричними параметрами інструменту, режимами різання, напрямом руху стружки та способами обробки отворів з іншою сторони. На другому етапі, з урахуванням отриманих функціональних зв'язків формувалися система технічних обмежень та цільова функція оптимізаційної моделі. На заключному етапі проводилась оптимізація режимів різання комбінованим інструментом та оптимізація геометричних параметрів інструменту.

Точність обробки в роботі досліджувалася на основі конструкції деталей типу „втулка”, виготовлених із сталей 40Х і 45, характерних для деталей гідро- і пневмоапаратури гірничошахтного устаткування, а також збірного комбінованого інструменту (зенкер-розвертка) з швидкорізальної сталі Р6М5.

Поставлені задачі в роботі вирішувалися з використанням різних аксіоматичних, емпіріко-статистичних та оптимізаційних моделей.

При розробці та аналізі математичних моделей робочих процесів використовувалися методи теорії різання (модель визначення кута сходження стружки і модель утворення огранки), а також методи геометричного і лінійного програмування при визначенні оптимальних режимів різання. Адекватність математичних моделей реальним системам встановлювалася на основі порівняння результатів експериментів і розрахункових даних шляхом їх порівняльного аналізу.

У третьому розділі - «Вплив геометричних параметрів інструмента на напрям сходження стружки і розбивання отворів» досліджений процес сходження стружки по передній поверхні осьових інструментів (зенкер і розвертка), виявлені функціональні залежності кута сходження стружки від режимів різання, геометричних параметрів інструмента, фізико-механічних властивостей оброблюваного матеріалу, що виражаються коефіцієнтом усадки стружки; експериментально визначений вплив режимів різання і геометричних параметрів інструмента на величину радіальної неврівноваженої сили різання.

При визначенні кута сходження стружки в роботі було враховано вплив основних геометричних параметрів інструмента і фізикомеханічних властивостей оброблюваного матеріалу.

Кут сходження стружки (рис. 3) визначається залежністю

, (1)

де - робоча довжина головної різальної кромки; - довжина перехідної різальної кромки; - робоча довжина допоміжної різальної кромки; - більша сторона трикутника, двома іншими сторонами якого є головна і перехідна різальні кромки; - головний кут в плані; - кут в плані допоміжної різальної кромки; - кут в плані перехідної різальної кромки; , , - кути, на величину яких відхиляється сила тертя, що діє на головній, допоміжній і перехідній різальних кромках, відповідно, від перпендикулярів до них.

Кут, на величину якого відхиляється сила тертя, що діє на різальній кромці, від перпендикуляра до неї, дорівнює

, (2)

де - кут нахилу відповідної різальної кромки; - передній кут інструменту; - коефіцієнт усадки стружки.

Чисельні дослідження показали, що найбільше впливають на кут сходження стружки геометричні параметри інструменту (),конструктивні параметри, а саме довжина перехідної різальної кромки та режими різання ( и ).

Для перевірки адекватності аналітичної моделі були проведені експериментальні дослідження визначення кута сходження стружки. Для цього на передню поверхню інструменту наносився тонкий шар берлінської блакиті (Fe₇C₁₈N₁₈), після обробки заготівки таким інструментом проводилися виміри кута сліду стружки. В результаті були отримані наступні емпіричні залежності для визначення кута сходження стружки:

- при зенкеруванні

, (3)

- при розвертуванні

_ . (4)

Аналіз результатів, отриманих при розрахунках по формулах (1, 3, 4) показав справедливість аналітичної залежності для визначення кута сходження стружки.

На наступному етапі досліджень було визначено вплив геометричних параметрів інструменту, що забезпечують рух стружки у напрямку подачі, на величину радіальної неврівноваженої сили різання. Для вирішення даного завдання були проведені експериментальні дослідження за визначенням впливу швидкості різання , подачі на зуб і величини радіального биття різальних кромок на величину радіальної сили різання.

На підставі аналізу експериментальних даних було встановлено, що найбільший вплив на значення радіальної неврівноваженої сили різання здійснює несиметрична заточка зубців інструменту, що визначається величиною радіального биття різальних кромок. В той же час, зменшення кутів _ та_ забезпечує як рух стружки у напряму подачі, так і демпфує радіальні коливання інструменту, отже величина радіальної неврівноваженої сили різання зменшується.

У четвертому розділі - «Дослідження точності і шорсткості обробленої поверхні» - досліджена кінематика утворення огранки при обробленні отворів комбінованим інструментом; досліджено вплив геометричних параметрів інструменту і режимів різання на шорсткість обробленої поверхні і точність поперечного перетину отвору. Робота комбінованого інструменту характеризується тим, що частота коливань кожної ступені визначається її числом зубців. Оскільки число зубців на кожній ступені для інструменту типа зенкер-розвертка розрізняється, то траєкторія руху центру представлятиме фігуру Ліссажу високого порядку. При роботі комбінованого інструменту необхідно розглянути два варіанти:

- інструмент з нерівномірним розподілом зубців чистової ступені;

- інструмент з рівномірним розподілом зубців.

В обох варіантах інструменту, траєкторію, що описується центром можна представити наступною залежністю

(5)

Де - амплітуда коливань; , - число зубців розвертки та зенкера відповідно; - кут фазового зрушення; - кругова частота обертання центру інструменту; - час (с).

Рівняння руху зубців інструменту при різних частотах коливань, направлених по координатам , в параметричному вигляді:

(6)

де - кругова частота обертання зубців інструменту; - кутовий крок між зубцями чистової ступені інструменту; - радіус інструменту.

Траєкторія руху зуба при рівномірному розподілі (рис. 4) є різновидом епіциклоїди, тобто це крива, описана точкою, яка віддалена на відстань від центра кола радіусом , що котиться без ковзання по фігурі, яка описує траєкторію руху центру. Отже, огранка отворів в сталому процесі визначається частотою коливань центру інструменту.

Після приведення виразу (6) до рівняння радіус-вектора була отримана аналітична залежність для визначення величини огранки отворів при рівномірному розподілі зубців другої ступені

_, (7)

де __; __.

При нерівномірному розподілі зубців чистової ступені траєкторія руху центру також буде фігурою Ліссажу високого порядку. Проте при значеннях відхилення кутового кроку траєкторія руху центру буде незамкнутою. Унаслідок чого, траєкторія руху зуба інструменту зміщуватиметься з кожним обертом інструменту відносно сліду, залишеного на першому оберті (рис. 5).

При , траєкторія руху центру є замкнутою фігурою Ліссажу. Отже, процес утворення огранки буде аналогічний випадку, коли розподіл зубців комбінованого інструменту рівномірний.

Величина огранки при роботі комбінованого інструменту з нерівномірним розподілом зубців чистової ступені визначається залежністю

_, (8)

де _; ; .

На графіку (рис. 6) представлені результати розрахунків величини огранки за формулами (7) і (8) при різних числах зубців на першій ступені інструмента.

Отримані результати підтверджують теоретичні передумови того, що знизити величину огранки при обробці отворів комбінованим інструментом можна за рахунок раціонального співвідношення чисел зубців на обох ступенях. Так само дослідження підтвердили факт істотного зниження огранки за рахунок вживання нерівномірного розподілу зубців чистової ступені.

На завершальному етапі були проведені експериментальні дослідження впливу режимів різання на огранку та шорсткість обробленої поверхні при геометричних параметрах інструменту, що забезпечують стійкий стружковідвід у напрямку подачі і мінімальну величину огранки отворів. При цьому швидкість різання варіювалася в діапазоні від 3 до 7,5 м/хв; подача на оберт від 0,4 до 1,6 мм/об; кут нахилу головної ріжучої кромки від -7^о до -17^о. В результаті були отримані емпіричні залежності шорсткості обробленої поверхні

, (9)

і огранки

. (10)

У п'ятому розділі - «Оптимізація режимів різання і геометричних параметрів комбінованого інструменту» була розроблена методика визначення оптимальних режимів різання при послідовній і паралельній схемах обробки комбінованим інструментом; визначені математичні залежності для визначення оптимальних режимів різання при вживанні різних схем обробки; визначена область раціональних значень геометричних параметрів інструменту, що забезпечують максимальну продуктивність і задану точність обробки.

Оптимізація режимів різання здійснювалася по критерію мінімуму собівартості. Задача оптимізації вирішувалася методами лінійного програмування. В результаті були визначені залежності оптимальних режимів різання при паралельній схемі обробки. При цьому було встановлено, що при співвідношенні довжини інструменту до діаметру оброблюваного отворів оптимальні режими різання визначаються наступними залежностями

, (11)

; (12)

де , - необхідні значення величин огранки і шорсткості обробленої поверхні; - кут нахилу головної ріжучої кромки чистової ступені.

При співвідношенні _

, (13)

; (14)

Де ;

,

- довжина робочої частини інструменту (мм);

- допуск на діаметр отвору, що обробляється першою ступенню;

- допуск на діаметр отвору, що обробляється другою ступенню;

- коефіцієнт і показники ступеню в емпіричній залежності для неврівноваженої радіальної сили різання;

- допустима величина осьового биття ріжучих кромок зенкера;

- показники ступеню в емпіричній залежності шорсткості обробленої поверхні.

Оптимізація геометричних параметрів комбінованого інструменту здійснювалася за критерієм максимальної продуктивності, в якості представника продуктивності була взята хвилинна подача

, (15)

Де - оптимальна подача на оберт (мм/об);

- оптимальна частота обертання інструмента (об/хв).

В результаті дослідження функціональної залежності (15) з урахуванням виразів (11 - 14) була визначена область раціональних значень геометричних параметрів комбінованого інструмента зенкер-розвертка (табл. 1).

Таблиця 1

Оптимальні значення геометричних параметрів комбінованого інструменту зенкер-розвертка

Геометричні параметри першої ступені, град.	Геометричні параметри другої ступені, град.
_	_	_	_	_	_	_
30	13 - 17	15 - 20	_	5	2 - 3	_

ВИСНОВКИ

Виконані дослідження дозволили вирішити актуальну та важливу науково-технічну задачу підвищення ефективності обробки наскрізних отворів комбінованим інструментом зенкер-розвертка за рахунок забезпечення руху стружки у напрямку подачі, а також зменшення огранки і розбивки обробленої поверхні. В результаті проведеного комплексу досліджень:

1. На основі розробленої моделі, що дозволяє визначити кут сходження стружки, встановлено, що стійкий стружковідвід у напрямку подачі при обробленні конструкційних сталей буде при значеннях кута нахилу головної різальної кромки зенкера і розвертки .

2. На основі вперше розробленої моделі утворення огранки при паралельній схемі обробки комбінованим інструментом визначено, що величина огранки і форма поперечного перетину обробленого отвору визначається не лише амплітудою коливань інструменту, але і траєкторією руху центру. При чому зменшення огранки в 5 - 10 разів можливо при раціональному поєднанні кількості зубців на обох ступенях інструменту і відхиленні кутового кроку, що перевищує його мінімально-допустиме значення.

3. Встановлено, що найбільш істотний вплив на величину неврівноваженої радіальної сили має несиметрична заточка зубців комбінованого інструменту, а радіальна неврівноважена сила здійснює - на кут сходження стружки.

4. На основі експериментальних досліджень впливу геометричних параметрів комбінованого інструменту на шорсткість обробленої поверхні, встановлено: кут нахилу головної різальної кромки не впливає на величину шорсткості, проте при від`ємному значенні кута нахилу головної ріжучої кромки кількість дефектів на обробленій поверхні зменшується до 95%.

5. Розроблена комплексна оптимізаційна модель режимів різання при обробленні комбінованим інструментом за послідовною та паралельною схемами, на підставі якої визначені емпіричні залежності для визначення оптимальних швидкості різання і подачі на оберт залежно від умов оброблення.

6. Рекомендації з вибору геометричних параметрів комбінованого інструменту «зенкер-розвертка» впроваджені при обробці деталей гідро- і пневмоапаратури гірничих машин на ВАТ Рутченковський завод «Гормаш» (м. Донецьк) і ВАТ «ДонПКТІ» (м. Донецьк), а також в інструментальне виробництво на ВАТ «Вінницький інструментальний завод». Це дозволило зменшити розбивку отворів в 1,5 - 2 рази і їх огранку в 5 - 10 разів, а також дало очикуваний річний економічний ефект в 15 тис. грн. за рахунок скорочення витрат на інструмент і оптимізації технологічного процесу обробки отворів.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ ТА ОСОБИСТИЙ ВНЕСОК АВТОРА В ПУБЛІКАЦІЯХ В СПІВАВТОРСТВІ

1. Малышко И. А. Влияние распределения зубьев развёртки на качество обработки отверстий / И. А. Малышко, А. В. Мирошниченко // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Международный сб. научных трудов. Донецк: ДонГТУ. 2001. Вып. 17. С. 41-45. (Автором виведені формули та розрахован вплив розподілу зубців розвертки на шорсткість обробленої поверхні).

2. Малышко И. А. Определение неуравновешенной радиальной силы при зенкеровании / И. А. Малышко, А. Н. Сурженко, А. В. Мирошниченко // Вісник національного технічного університета України “Київський політехнічний інститут.” Київ: КПІ. 2002. Вип. 43. С. 107-109. (Автором виведені формули для розрахунку неврівноваженої радіальної сили різання при зенкеруванні).

3. Малышко И. А. Определение угла схода стружки при зенкеровании / И.А. Малышко, А. В. Мирошниченко // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Международный сб. научных трудов. Донецк: ДонГТУ, 2002. Вып. 19. С. 124-128. (Автором розроблена математична модель сходження стружки по передній поверхні осьового комбінованого інструменту, розроблена програма розрахунку на ПЕОМ для визначення кута сходження стружки при зенкеруванні).

4. Мирошниченко А. В. Взаимосвязь направления схода стружки с шероховатостью обработанной поверхности при развёртывании / А. В. Мирошниченко // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: Машинобудування і машинознавство. Донецьк: ДонНТУ. 2004. Вип. 71. С. 110-119.

5. Мирошниченко А. В. Выбор схемы резания при обработке сквозных отверстий комбинированным инструментом типа зенкер-развёртка / А. В. Мирошниченко // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: Машинобудування і машинознавство. Донецьк: ДонНТУ. 2005. Вип. 92. С. 170-176.

6. Малишко И. А. Влияние колебательного движения инструмента на величину огранки / И. А. Малышко, А. Н. Сурженко, А. В. Мирошниченко, В.Ю.Тимохина // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Международный сб. научных трудов. Донецк: ДонГТУ, 2002. Вып. 21. С. 124-128. (Автором визначена на основі розрахунків можливість руху вершини зубців інструменту у напрямку обертання центра інструмента).

7. Малышко И. А. Оптимальное распределение зубьев комбинированного инструмента зенкер-развёртка при последовательной схеме резания / И. А. Малышко, А. В. Мирошниченко // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: Машинобудування і машинознавство. Донецьк: ДонНТУ, 2006. Вип. 110. С. 71-80. (Автором розроблений алгоритм знаходження оптимального розподілу зубців комбінованого інструменту).

8. Мирошниченко А. В. Определение влияния геометрических параметров развёрток и режимов резания при развёртывании на угол сбега стружки / А.В. Мирошниченко // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: Машинобудування і машинознавство. Донецьк: ДонНТУ, 2007. Вип. 124. С. 87-95.

9. Мирошниченко А.В. Аналитическое определение оптимального отклонения углового шага развёртки при параллельной схеме резания комбинированным инструментом зенкер-развёртка / А.В. Мирошниченко // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: Машинобудування і машинознавство. Донецьк: ДонНТУ, 2008. Вип. 139. С. 107-112.

10. Мирошниченко А.В. Влияние колебательного движения инструмента зенкер-развёртка на огранку обработанных отверстий при параллельной схеме резания / А.В. Мирошниченко //Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем. Збірник наукових праць. Краматорськ-Київ: ДДМА, 2008. Вип. 23. С. 115-121.

11. Деклараційний патент на корисну модель № 5691. Спосіб обробки наскрізних отворів інструментом типу зенкер-розвертка / Малишко І. О., Мірошниченко О. В. Опубл.15.11.2002. Бюл. №11. (Автором розроблена методика та стенд для проведення експериментальних досліджень впливу геометричних параметрів та режимів оброблення на кут сходження стружки, проведені експериментальні дослідженя, статистична обробка та аналіз отриманих результатів).

12. Мирошниченко А. В. Определение оптимальных режимов резания при обработке отверстий комбинированным инструментом типа зенкер-развёртка / А. В. Мирошниченко // Тези доповідей Четвертої всеукраїнської науково-технічної конференції “Машинобудування України очима молодих: прогресивні ідеї - наука - виробництво”. Київ: НТУУ “КПІ”, 2004. C 4-5.

13. Мирошниченко А. В. Кинематика образования огранки при параллельной схеме резания комбинированным инструментом зенкер-развёртка. / А.В. Мирошниченко // Важке машинобудування. Проблеми та перспективи розвитку. Матеріали шостої Міжнародної науково-технічної конференції 2-5 червня 2008 року / Під заг. Ред. В.Д. Ковальова. Краматорськ: ДДМА, 2008. С. 95.

АНОТАЦІЯ

Мірошниченко О.В. Підвищення ефективності обробки наскрізних отворів комбінованим інструментом. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.01 - Процеси механічної обробки, верстати та інструменти. - ДНВЗ „Донецький національний техніний університет”, Донецьк, 2009.

Дисертацію присвячено забезпеченню точності оброблення отворів комбінованим осьовим інструментом зенкер-розвертка за рахунок усунення похибок поперечного профілю отворів, зменшення величини розбивання та шорсткості обробленої поверхні.

Розроблено математичну модель сходження стружки по передній поверхні леза інструмента, що вперше враховує фізикомеханічні властивості оброблюваного матеріалу, на підставі якої запропонован спосіб оброблення отворів, що дозволяє уникнути контакту стружки з обробленою поверхнею.

Розроблено математичну модель утворення огранки при паралельній схемі оброблення отворів комбінованим інструментом, на підставі якої був визначений оптимальний розподіл зубців комбінованого інструменту зенкер-розвертка, що дозволило зменшити величину огранки обробленої поверхні в 5 - 10 разів.

Розроблено методику визначення оптимальних режимів різання при використанні комбінованого інструменту зенкер-розвертка.

Ключові слова: осьовий інструмент, розвертка, зенкер, кут сходження стружки, огранка, похибка поперечного перетину, усунення похибки, шорсткість обробленої поверхні.

АННОТАЦИЯ

Мирошниченко А.В. Повышение эффективности обработки сквозных отверстий комбинированным инструментом. - Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.03.01 - Процессы механической обработки, станки и инструменты. - Государственное высшее учебное заведение «Донецкий национальный технический университет».

Диссертация посвящена повышению эффективности обработки отверстий комбинированным осевым инструментом зенкер-развёртка за счёт обеспечения заданной точности и шероховатости обработанной поверхности с одной стороны, и снижению себестоимости обработки, с другой. Для решения поставленной задачи разработаны математические модели схода стружки по передней поверхности лезвия осевого инструмента и образования огранки при параллельной схеме работы ступеней комбинированного инструмента.

Обработка металлов резанием является составляющей частью производства большинства деталей. Как и другие технологические процессы, она должна быть конкурентоспособной. Независимо от того идёт ли речь об обработке отдельных сложных деталей на большом предприятии или о массовом производстве, получение прибыли или убытков зависит от эффективности обработки. Особенно важным в современном машиностроении является эффективность обработки отверстий, составляющих в некоторых машинах и аппаратах до 70% обрабатываемых поверхностей. Наиболее актуально эта проблема стоит при обработке основных поверхностей в деталях пневматического оборудования угольных комбайнов и в других машинах, связанных с безопасностью человеческой жизнедеятельности. Основным направлением повышения эффективности обработки отверстий в работе является обеспечение требуемого качества и точности обработанной поверхности при минимальной себестоимости.

При исследовании точности отверстий учитывались основные виды погрешностей и их функциональные связи с входными технологическими и геометрическими параметрами инструмента. В частности исследовались вопросы схода стружки, образования огранки и радиальных смещений оси инструмента.

При исследовании схода стружки по передней поверхности инструмента было установлено, что обеспечить требуемую шероховатость и избежать дефектов на обработанной поверхности, связанных с пакетированием стружки в стружечных канавках комбинированного инструмента, можно за счёт направления стружки на обрабатываемую поверхность. На основе разработанной модели схода стружки по передней поверхности осевого инструмента было установлено, что обеспечить устойчивое движение стружки в направлении подачи можно за счёт рационального сочетания режимов резания и геометрических параметров комбинированного инструмента.

Впервые предложена модель образования огранки при параллельной схеме обработки отверстия комбинированным инструментом, учитывающая угловой шаг между зубьями инструмента, количество зубьев на ступенях инструмента. Установлены факторы образования огранки при работе комбинированного инструмента и доминирующее влияние на данный процесс неравномерного распределения зубьев.

Установлено, что наибольшее влияние на величину радиальной неуравновешенной силы резания оказывает неравномерная заточка зубьев комбинированного инструмента, что приводит к появлению радиальных колебаний инструмента и, как следствие, к увеличению погрешности поперечного сечения отверстия.

Предложена методика определения оптимальных режимов резания при обработке отверстий комбинированным инструментом зенкер-развёртка. Разработан технологический регламент по выбору рациональных геометрических параметров комбинированного инструмента.

Полученные научные результаты образуют теоретическую и методическую основу для разработки прогрессивных конструкций комбинированного инструмента, позволяющих обеспечивать требуемое качество обработанной поверхности. Полученные научные и практические результаты могут быть использованы при решении аналогичных задач для других видов лезвийной обработки.

Ключевые слова: комбинированный осевой инструмент, развёртка, зенкер, угол схода стружки, огранка, шероховатость обработанной поверхности, радиальные колебания инструмента, радиальная неуравновешенная сила.

SUMMARY

Miroshnichenko O.V. Increase of efficiency of machining of through holes by the combined tool. - The Manuscript.

Dissertation on competition of scientific degree of candidate of engineering sciences after specialty 05.03.01 Processes of tooling, the machine tools and instruments. - SHEE „Donetsk National Technical University”, Donetsk, 2009.

Dissertation is devoted to maintenance of accuracy of machining of holes by combined axial tool core drill-reamer at the expense of elimination of errors of cross profile of holes, decreasing of run-out size and roughness of the machined surface.

The mathematical model of chip descent on the front surface of tool blade is developed. It first takes into account physical and mechanical properties of the material being machined. On the basis of this model it is proposed the method of machining of holes, which allows to avoid the contact of chip with machined surface.

The mathematical model of formation of unroundness is developed at the parallel scheme of machining of holes by the combined tool. On the basis of this model the optimum distribution of teeth of the combined tool core drill-reamer is determined. It allowed to reduce the size of unroundness of machined surface 5 - 10 times.

The method of determination of the optimum cutting conditions is developed at the use of the combined tool core drill-reamer.

Key words: axial tool, reamer, core drill, chip descent angle, unroundness, error of cross section, elimination of error, roughness of machined surface.

Размещено на Allbest.ru