Синтез устройств удаления стружки при фрезеровании закрытых профильных пазов

Фрезерование закрытых и полузакрытых пазов различных профилей. Исследования заполнения стружкой пространства между зубьями фрезы в процессе резания. Перемещения элемента стружки вдоль передней поверхности зуба фрезы под действием гидродинамической силы.

Рубрика Производство и технологии
Вид доклад
Язык русский
Дата добавления 30.10.2010
Размер файла 22,6 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

В работе на основе системного подхода был составлен ряд математических моделей, описывающих различные стадии процесса накопления и удаления стружки. Был также разработан ряд инженерных решений (устройств для удаления стружки), новизна и практическая ценность которых была подтверждена патентами Украины. Это является основой методологии рационального конструирования устройств удаления стружки. В условиях специально созданного полноразмерного стенда были проведены экспериментальные исследования, которые позволили подтвердить адекватность разработанной математической модели и эффективность предложенных инженерных решений.

Фрезерование закрытых и полузакрытых пазов различных профилей (Т-образных, типа «ласточкин хвост», прямоугольных и др.), являющихся весьма нетехнологичными элементами конструкций, составляет существенную часть общего объема металлообработки. По выполненной оценке эта часть составляет в Украине около 4,5 км в год, в России - около 15 км, в мире - около 900 км.

Значительный объем и высокая трудоемкость технологических операций фрезерования пазов определяет актуальность задачи повышения их производительности.

Существенным резервом повышения производительности в этом случае является устранение ограничения по фактору несвоевременного удаления стружки из зоны обработки. Неэвакуированная своевременно стружка достаточно быстро заполняет образующийся паз (в силу его замкнутости) и повторно затягивается вращающимся инструментом в зону резания (циркулирует). Этот процесс сопровождается повторным резанием стружки (являющейся фактически абразивом) [1], что приводит к снижению производительности и качества обработки.

Одним из возможных путей устранения этого ограничения является принудительное удаление стружки при помощи специальных устройств, в частности устройств, использующих гидродинамический потенциал напорных струй жидкости, водовоздушной смеси и т.д. На рис. 1 представлено одно из предлагаемых технических решений [2].

В то же время в известных работах в этой области [3, 4 и др.] процессы заполнения, циркуляции и удаления стружки из закрытых профильных пазов и их моделирование практически не рассматриваются. Поэтому исследования, направленные на изучение этих процессов, являются актуальными.

Для создания высокоэффективных образцов устройств, обеспечивающих принудительное удаление стружки при фрезеровании закрытых профильных пазов, выполнен комплекс теоретических и экспериментальных исследований.

С использованием методологии системного подхода и принятых допущений [5] разработаны 6 математических моделей (ММ), описывающих различные этапы процесса функционирования таких устройств.

1 Для исследования заполнения стружкой пространства между зубьями фрезы в процессе резания разработана математическая модель ММ1, позволяющая определить количество оборотов фрезы N, соответствующее полному заполнению пространства между зубьями.

Конечная зависимость модели имеет вид

где N - количество оборотов фрезы;

Sz - подача на зуб фрезы;

d - диаметр фрезы;

а - ширина предварительно обработанного паза;

l - высота режущей части фрезы;

kp - коэффициент разрыхления стружки;

h1 - длина передней поверхности зуба фрезы;

з - угол между передней поверхностью зуба фрезы и поверхностью затылка следующего зуба;

п - угол подъема винтовой канавки фрезы.

Выполненный анализ позволил установить, что заполнение пространства между зубьями фрезы происходит достаточно быстро, в среднем за 2-5 оборотов.

2 Для исследования перемещения элемента стружки вдоль передней поверхности зуба фрезы под действием инерционных сил и гидродинамической силы принудительного воздействия разработана математическая модель ММ2 [5], позволяющая определять мгновенное значение скорости перемещения элемента стружки в результате инерционного и (или) принудительного воздействия на него в пределах инструмента (фрезы).

Конечные зависимости модели имеют вид:

,

,

, ,

где t - время перемещения элемента стружки вдоль передней поверхности зуба фрезы;

- угловая скорость элемента стружки в переносном вращательном движении;

- коэффициент трения элемента стружки по передней поверхности зуба фрезы;

- передний угол зуба фрезы;

- угол наклона вектора центробежной силы инерции;

- сила принудительного воздействия на элемент стружки;

- угол наклона вектора силы к передней поверхности зуба фрезы;

- плотность элемента стружки;

g - ускорение свободного падения;

- коэффициент трения элемента стружки по нижней поверхности паза;

- радиус фрезы.

Выполненный при помощи этой модели анализ позволил установить, что при обработке сталей и чугунов в рекомендуемом диапазоне геометрических параметров и режимов [6, 7] в 30 _ 100 % случаев отсутствует возможность самоудаления элементов стружки за счет сил инерции (v1 < 0).

3 Для исследования перемещения элемента стружки вдоль паза под действием гидродинамической силы принудительного воздействия разработана математическая модель ММ3 [8], позволяющая определять расстояние X, на которое перемещается элемент стружки в результате принудительного воздействия на него за пределами фрезы струи рабочей жидкости.

Конечная зависимость модели имеет вид:

,

где m - масса элемента стружки;

- плотность жидкости;

- длина струи;

Qн - расход жидкости;

Fн - сила трения по нижней поверхности паза;

- диаметр отверстия насадки.

4 Технологические операции фрезерования Т-образных пазов структурно обычно состоят из двух переходов - предварительной обработки (фрезерование прямоугольного паза дисковой или концевой фрезой) и окончательной обработки (фрезерование Т-образной фрезой).

Для исследования процесса заполнения стружкой пространства пазов разработана математическая модель ММ4 [9], позволяющая устанавливать момент заполнения каждого из указанных пазов.

А. Для прямоугольного паза (рис. 2 а)

где L1 - длина обработки Т-образной фрезой, соответствующая заполнению прямоугольного паза стружкой; vв1 - скорость элемента стружки на выходе из пространства между зубьями.

Б. Для Т-образного паза

,

где L2 - длина обработки, соответствующая заполнению Т-образного паза стружкой;

xп - расстояние, на которое перемещается элемент стружки за пределами фрезы под действием инерционных сил;

с - высота Т-образного паза;

- угол естественного откоса насыпного массива стружки.

Выполненный анализ позволил установить, что стружка заполняет пространство каждого из пазов через 10 - 30 мм обработки.

5 В случае несвоевременного удаления элементов стружки из них формируются тела волочения значительной длины.

Для определения потребного значения силы принудительного воздействия на тело волочения для его перемещения разработана математическая модель ММ5 [10].

Конечная зависимость ММ5 имеет вид

где f - коэффициент сопротивления перемещению стружки по пазу;

- плотность стружки;

Lт - длина тела волочения;

- угол вектора силы принудительного воздействия;

nб - коэффициент бокового давления;

- диаметр концевой фрезы (или ширина дисковой фрезы), используемой для предварительной обработки паза.

Выполненный анализ позволил установить, что Fпр возрастает нелинейно - так, при увеличении длины тела волочения в 2 раза значение Fпр возрастает почти в 10 раз.

На основании приведенных моделей разработана методика определения рациональных параметров устройств принудительного удаления стружки.

В условиях специально созданного полноразмерного стенда выполнены экспериментальные исследования, позволившие подтвердить адекватность разработанных математических моделей и эффективность предложенных технических решений.

На рисунке 3 в качестве примера представлены экспериментально полученные зависимости составляющей силы резания Pv как функции подачи на зуб фрезы Sz при обработке Т-образного паза.

Разработанные устройства для принудительного удаления стружки обеспечивают повышение производительности обработки профильных пазов на величину до 2 раз (при сохранении точности и качества обрабатываемых поверхностей в допускаемых пределах). Так, при фрезеровании Т-образных пазов 12 достигнуто увеличение минутной подачи Sм от 100 до 200 мм/мин.

SUMMARY

A series (6) of mathematical models, depicting different stages of a swaft accumulation and deleting processes is designed with usage of a methodology of system approach. A series of engineering solutions (devices of a swaft deleting) is designed, the novelty and practical usefulness which one is affirmed by the patents of Ukraine. It is ground of a designed technique the rational parameters of a swaft deleting devices are determined. In conditions of the specially built full-scale bench the experimental researches which have permitted to confirm adequacy of designed mathematical models and efficiency of offered engineering solutions are executed.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Степанов А. Высокоскоростное фрезерование в современном производстве // CAD/CAM/CAE Observer. 2003. - № 4 (13). _ С. 6.

2. Пат. 68794 А України, 7 B23Q11/02, B23Q11/10. Різальний інструмент: В.Г. Нечепаєв, Т.Г. Івченко, О.М. Гнитько (Україна).- № 2003109627; Заявл. 27.10.2003; Опубл. 16.08.2004, Бюл. №8. - 3 с.

3. Власов А.Ф. Удаление пыли и стружки от режущих инструментов. _ М.: Машиностроение, 1982.- 240 с.

4. Куприн А.И., Тихонцов А.М. Гидротранспорт стружки. _ М: Машиностроение, 1978. _ 80 с.

5. Нечепаев В. Г., Гнитько А. Н. Математична модель переміщення стружки різальним інструментом при фрезеруванні закритих профільних пазів //Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія Машинобудування і машинознавство. Випуск 92. - Донецьк: ДонНТУ, 2005. - С. 72-82.

6. ГОСТ 7063 - 72 (СТ СЭВ 115 - 79, СТ СЭВ 4632 - 84) Фрезы для обработки Т-образных пазов. Технические условия. - М.: Изд. стандартов, 1985.

7. ГОСТ 10673 - 75 Фрезы с напаянными твердосплавными пластинами для обработки Т-образных пазов. Технические условия. - М.: Изд. стандартов, 1985.

8. Нечепаев В., Гнитько А. Математическая модель эвакуации стружки при фрезеровании закрытых профильных пазов // Tehnologii Moderne, Calitate, Restructurare. Vol. 4. Chisinau, Universitatea tehnica a Moldovei, 2005, p. 197 - 182.

9. Нечепаев В. Г., Гнитько А. Н. Исследование процесса заполнения закрытых профильных пазов стружкой при их фрезеровании // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Международный сб. научных трудов. - Донецк: ДонНТУ. _ 2005. Вып. 29. - С. 229-238.

10. Нечепаев В. Г., Гнитько А. Н. Разработка математической модели удаления стружки напорными струями СОТС при фрезеровании Т-образных пазов // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Международный сб. научных трудов. - Донецк: ДонГТУ, 2002. _ Вып. 21. - С.146-150.


Подобные документы

  • Элементы конструкции и геометрические параметры цилиндрической и торцовой фрез. Расстояние между двумя зубьями вдоль оси фрезы. Элементы резания и размеры срезаемого слоя при фрезеровании насадными цилиндрическими фрезами. Определение высоты трохоиды.

    презентация [273,7 K], добавлен 29.09.2013

  • Анализ особенностей резания червячными фрезами. Разработка операционной технологии обработки зубьев, расчет сил резания при фрезеровании. Экономическая эффективность от внедрения в производство проектируемой фрезы с комбинированной передней поверхностью.

    дипломная работа [728,9 K], добавлен 15.04.2011

  • Ручной или механизированный способ обработки. Вида резания: с отделением стружки (пиление, строгание, фрезерование, долбление, сверление), без отделения стружки (лущение шпона, срезание ножевой фанеры, раскрой фанеры, на ножницах), расслоение.

    реферат [696,4 K], добавлен 09.10.2006

  • Выбор стандартного режущего инструмента для изготовления детали "штревель". Геометрические и конструктивные параметры концевой фрезы. Обработка шпоночного паза. Характеристики быстрорежущей стали Р9К5. Назначение режимов резания при фрезеровании.

    курсовая работа [579,6 K], добавлен 28.04.2016

  • Главные размеры, расчет параметров сердечника стартера, сердечника ротора, обмотки статора. Определение размеров трапецеидальных пазов, элементов обмотки, овальных закрытых пазов ротора. Расчет магнитной цепи ее параметров, подсчет сопротивления обмоток.

    курсовая работа [2,7 M], добавлен 31.10.2008

  • Состояние металла в зоне резания. Экспериментальные методы изучения процесса стружкообразования. Механика образования сливной стружки. Усадка стружки. Образование нароста. Влияние элементов режима резания на процесс пластической деформации в зоне резания.

    презентация [493,8 K], добавлен 29.09.2013

  • Ручные, гаечные и машинные метчики. Элементы срезаемого слоя при нарезании резьбы. Элементы конструкции протяжки и схемы резания при протягивании. Процесс образования стружки, её усадка. Текстура деформации, образование нароста на передней поверхности.

    лекция [604,1 K], добавлен 29.09.2013

  • Расчет червячной зуборезной фрезы и параметров зубьев. Выбор режимов резания. Определение дополнительных технологических параметров зубчатых колес. Нахождение площади активной части канавки, сечения стружки, длины режущей части и переходного конуса.

    курсовая работа [215,8 K], добавлен 23.04.2013

  • Металлургическое производство и его структура. Основные перспективы развития металлургии. Применение продукции металлургического производства. Фрезерование как обработка материалов резанием с помощью фрезы. Классификация фрез по направлению зубьев фрезы.

    курсовая работа [720,3 K], добавлен 24.09.2012

  • Проектирование электропривода главного движения и подачи многоцелевого станка. Определение составляющей силы подачи для двух двигателей, их угловой скорости, окружной скорости резания фрезы. Расчет крутящего момента на шпинделе, частоты вращения фрезы.

    курсовая работа [927,0 K], добавлен 24.06.2012

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.