Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

“Київський політехнічний інститут”

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Спеціальність 05.03.01 - процеси механічної обробки, верстати та інструменти

Підвищення працездатності мітчиків для обробки титану та титанових сплавів

Красновид Дмитро Олександрович

Київ 2010

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі інтегрованих технологій машинобудування Національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут” Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор, Заслужений діяч науки і техніки України Равська Наталія Сергіївна, Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, професор кафедри інтегрованих технологій машинобудування

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Татьянченко Олександр Григорович, Донецький національний технічний університет, професор кафедри опору матеріалів

кандидат технічних наук, доцент Виговський Георгій Миколайович, Житомирський державний технологічний університет, професор кафедри технології машинобудування і конструювання технічних систем, проректор з науково-педагогічної роботи

Захист відбудеться “25” травня 2010 р. о 15 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д26.002.11 при Національному технічному університеті України “Київський політехнічний інститут” за адресою: 03056, м. Київ, пр. Перемоги, 37, корпус 1, ауд.214.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут” за адресою: 03056, м. Київ, пр. Перемоги, 37.

Автореферат розісланий “23” квітня 2010 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради доктор технічних наук, професор Майборода В.С.

1. Загальна характеристика роботи

Актуальність роботи. На сучасному етапі розвитку машинобудування, при високих вимогах до жорсткості деталей, довговічності експлуатації та міцності конструкцій вузлів, титан та його сплави широко використовуються як легкі, корозійностійкі та міцні конструкційні матеріали в аерокосмічній, хімічній, харчовій, ядерній, енергетичній, машинобудівній та інших галузях промисловості.

При виготовленні конструкцій з титану та його сплавів, серед різних способів з'єднання, особливе місце займає різьбове, з високими характеристиками якості, такими як забезпечення міцності і надійності з'єднання елементів конструкції.

Найбільш поширеним способом отримання різьбового отвору є нарізання різьби мітчиком, причому він є єдиним можливим для отворів малого типорозміру.

Проблемам нарізання різьби мітчиками в титані та його сплавах присвячені роботи М.Ф. Полєтіки, В.І. Подураєва, Н.Н. Зорєва, Я.Л. Гуревича, А.М. Данієляна, Є.В. Бурмістрова, В.А. Кривоухова, Н.І. Рєзникова та ін. В них, головним чином, досліджувались мітчики діаметром більше 6 мм, при цьому вирішувались задачі визначення раціональних режимів різання, геометричних та конструктивних параметрів мітчиків, а також величини попереднього збільшення отвору під нарізання різьби з метою зменшення поломок цього інструменту. Результати цих досліджень використовувались при проектуванні та виготовленні мітчиків менших типорозмірів.

В той же час аналіз експлуатації мітчиків діаметром менше 6 мм показує, що їх працездатність в 2-3 рази нижча в порівнянні з мітчиками більших типорозмірів, що спричинено їх поломками, які становлять до 70% відмов інструменту при обробленні титану та сплавів на його основі. Це показує, що існуючі рекомендації щодо конструювання та умов експлуатації мітчиків не в повній мірі задовольняють стан працездатності цього інструменту в широкому діапазоні його розмірів і зважаючи на фізико-механічні властивості та особливості оброблення титану його сплавів, в першу чергу це стосується мітчиків для оброблення цих матеріалів. Тому підвищення працездатності мітчиків для оброблення титану та його сплавів за рахунок зменшення вірогідності їх поломок та викришування зубців на основі удосконалення конструкції мітчиків, з врахуванням зміни їх геометричних параметрів в процесі різьбонарізання та напружено-деформованого стану окремих конструктивних елементів цього інструменту, є актуальною науковою проблемою, яка має велике практичне значення.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана на кафедрі інтегрованих технологій машинобудування в Національному технічному університеті України „Київський політехнічний інститут” у відповідності з тематичним планом науково-дослідних робіт Міністерства освіти і науки України і є частиною досліджень держбюджетних тем №2634ф "Теоретичні основи проектування різальних інструментів з раціональними схемами зрізування припуску" (№ держ. реєстрації 0103U000234) та №2914 „Узагальнена теорія визначення геометричних параметрів різального інструмента” (№ держ. реєстрації 0106U002603).

Метою роботи є підвищення працездатності мітчиків для оброблення титану та титанових сплавів на основі розробки теорії визначення геометричних параметрів цих інструментів в процесі різьбонарізання (в кінематичній системі координат) та розрахунку напружено-деформованого стану окремих конструктивних елементів для запобігання поломок та викришувань зубців мітчиків.

Для досягнення поставленої мети в процесі дослідження необхідно вирішити наступні задачі:

- проаналізувати шляхи удосконалення конструкції та підвищення працездатності мітчиків для оброблення титану та титанових сплавів;

- розробити теорію визначення геометричних параметрів різальної частини мітчиків в кінематичній системі координат;

- дослідити вплив конструктивних та інструментальних параметрів різальної частини на геометрію мітчика в кінематичній системі координат;

- розробити рекомендації з вибору геометричних параметрів різальної частини мітчиків для оброблення титану та титанових сплавів;

- враховуючи особливості процесу різьбонарізання, уточнити метод розрахунку силового навантаження;

- дослідити напружено-деформований стан окремих конструктивних елементів мітчиків для виявлення зон концентрації максимальних напружень, та визначити допустимі крутні моменти та сили різання;

- на основі досліджень процесу різьбонарізання в титані та титанових сплавах, розробити рекомендації по удосконаленню конструктивних параметрів мітчиків для оброблення цих матеріалів;

- провести порівняльні лабораторні випробування міцності і стійкості мітчиків стандартної конструкції та мітчиків з рекомендованими конструктивними та геометричними параметрами;

- провести лабораторні метрологічні дослідження розмірної точності різьбових отворів оброблених стандартними мітчиками та мітчиками з рекомендованими конструктивними та геометричними параметрами;

- провести промислові випробування мітчиків з запропонованими конструктивними та геометричними параметрами.

Об'єкт досліджень - процес різьбонарізання в титані та титанових сплавах.

Предмет досліджень - машинні та машинно - ручні мітчики.

Методи дослідження - теоретичні дослідження базувались на положеннях теорії різання металів, теорій проектування металорізальних інструментів та теорії пружності, методах нарисної та аналітичної геометрії. Експериментальна перевірка теоретичних досліджень проводилась за стандартними методиками динамометричних вимірювань сил різання. Достовірність наукових положень, висновків та рекомендацій підтверджена порівняльними лабораторними та виробничими випробуваннями і метрологічними вимірюваннями.

Наукова новизна отриманих результатів.

- Вперше, на основі основних положень узагальненої теорії визначення геометричних параметрів інструменту, знайдені залежності визначення геометричних параметрів різальної частини мітчиків в кінематичній системі координат, які дозволяють на стадії проектування цього інструменту призначати доцільні значення геометричних параметрів з урахуванням особливостей процесу різьбонарізання.

- Уточнені залежності для розрахунку сил різання та крутного моменту при різьбонарізанні мітчиками, які враховують вплив на їх значення кінематичних геометричних параметрів.

- Вперше, на основі розрахунку напружено-деформованого стану мітчиків, визначені їх максимально навантажені ділянки, допустимі крутний момент та сила різання для прогнозування поломки інструменту та викришування його зубців.

Практичне значення отриманих результатів.

Розроблені методики визначення геометричних параметрів мітчиків в кінематичній системі координат та розраховані зони максимальних напружень з застосуванням програмних продуктів MathCad, ANSYS.

Розроблені рекомендації по призначенню геометричних параметрів різальної частини мітчиків для оброблення титану та титанових сплавів.

Розроблено новий спосіб багатопрохідного нарізання різьби, що підтверджено патентом на корисну модель № а 2005 08966. «Способ многопроходного нарезания резьбы»; опубл. 11.01.2006, Бюл. №403/1.

Розроблені рекомендації по удосконаленню конструкцій мілкорозмірних мітчиків для оброблення титану та титанових сплавів за рахунок виготовлення нахилених в повздовжньому напрямі стружкових канавок, що збільшує міцність серцевини. Розроблена методика розрахунку параметрів цих канавок.

Результати роботи передані на ВАТ «Львівський інструментальний завод» та завод «Генератор» для впровадження в виробництво.

Результати роботи впроваджені в навчальний процес і використовуються в курсах «Технологія інструментального виробництва», «Теорія проектування різального інструменту», що викладаються для студентів спеціальності «Інструментальне виробництво» НТУУ «КПІ», а також при виконанні магістерських робіт та дипломних проектів.

Особистий внесок здобувача. Основна частина ідей, теоретичних розробок та експериментальних досліджень належать автору особисто. Постановка задач та аналіз результатів досліджень здійснювалась разом з науковим керівником, окремі розрахунки частково виконані зі співавторами публікацій.

Апробація результатів роботи.

Результати роботи були представлені та обговорені на наукових конференціях: Всеукраїнська молодіжна науково-технічна конференція „Машинобудування України очима молодих: прогресивні ідеї-наука-виробництво” (Краматорськ, 2005 р.), Всеукраїнська молодіжна науково-технічна конференція „Машинобудування України очима молодих: прогресивні ідеї-наука-виробництво” (Хмельницький, 2006 р.).

Публікації. По темі дисертаційної роботи опубліковано 8 наукових праць, з них 6 статей видані в спеціалізованих наукових виданнях, затверджених ВАК України, 1 стаття у збірках наукових конференцій, 1 патент на корисну модель.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, 5 розділів, загальних висновків, 2 додатків, списку використаних джерел із 134 найменувань на 11 стор. Основний текст дисертації викладено на 138 стор. Повний обсяг дисертації становить 159 стор.

2. Основний зміст роботи

різьбонарізання титан мітчик працездатність

У вступі дана загальна характеристика роботи, обґрунтовано її актуальність, сформульовано мету і задачі досліджень, визначено наукову новизну та практичне значення отриманих результатів, наведено інформацію про апробацію та публікації основних результатів роботи.

В першому розділі проведено аналіз основних особливостей титану та титанових сплавів, які полягають в їх малій пластичності, високій хімічній активності та високому абразивному впливу на контактні поверхні інструменту, що пояснюється хімічним складом та фізико-механічними властивостями цих матеріалів.

Визначені основні проблеми стану працездатності мітчиків, до яких відносяться:

- викришування різальних кромок на різальній частині мітчика;

- поломка мітчиків (особливо малих типорозмірів);

- невиконання вимог розмірної точності та якості різьби в деталях.

Проведений аналіз конструкцій мітчиків, що використовуються в машинобудуванні при обробленні титану та титанових сплавів, їх геометричних і конструктивних параметрів, показує, що найбільшого поширення набули одинарні або комплектні машинні та машинно-ручні мітчики з прямими стружковими канавками. Встановлено, що для мілкорозмірних мітчиків недостатньо вивчена проблема призначення геометричних параметрів різальної частини мітчиків, оскільки, головним чином, вони відображають результати досліджень проведених при точінні, або результати експериментальних досліджень мітчиків більше М6.

Існуюча теорія визначення геометричних параметрів будь-якого інструменту розроблена в працях І.І. Семенченко, Г.Г. Іноземцева, С.І. Лашнева, В.А.Гречишнікова в основному стосовно інструментальної системи координат і не в повній мірі відображає геометрію інструмента в процесі різання.

Більш точно геометрія інструмента відображається в кінематичній системі координат. На кафедрі інструментального виробництва НТУУ «КПІ» розроблена загальна теорія визначення геометрії інструменту в різних системах координат, в тому числі і кінематичній, проте, без урахування особливостей конструкції того чи іншого інструменту.

Зважаючи на те, що рекомендовані геометричні параметри різальної частини мітчиків подані в інструментальній системі координат, а в конструкцію мітчиків закладена величина подачі, тому більш точно геометричні параметри в процесі різання можуть бути визначені в кінематичній системі координат. Разом з тим теоретичні залежності визначення геометричних параметрів мітчиків в кінематичній системі координат не розроблені.

У другому розділі на основі загальних положень теорії визначення геометричних параметрів інструменту отримані залежності для визначення геометричних параметрів мітчиків з прямими стружковими канавками в кінематичній системі координат, проведені теоретичні дослідження впливу інструментальних геометричних та конструктивних параметрів на геометрію різальної частини в кінематичній системі координат, а також досліджені різні форми задньої поверхні мітчиків.

Інструментальні геометричні параметри мітчиків задаються в торцевому перерізі тіла інструмента.

Кут між основними кінематичною і статичною площинами визначається за залежністю: ,

Кут в плані цia в досліджуваній точці А різальної частини мітчика:

Кінематичний кут в плані цka в досліджуваній точці А різальної кромки:

Кінематичний кут нахилу різальної кромки лk визначається між різальною кромкою та основною площиною, тобто як кут між вектором результуючої швидкості різання Ve та вектором P направленим вздовж різальної кромки

Кінематичний кут нахилу різальної кромки лk визначається за залежністю:

Вектор результуючої швидкості різання Ve запишеться в наступному вигляді:

В системі координат XYZ вектор P, направлений по головній різальній кромці визначається:

Для визначення кінематичного переднього кута гk знайдемо нормальний передній кут: ,

При відомому нормальному куті гn, кінематичний передній кут гk визначається за залежністю:

Аналогічно визначаються кінематичні геометричні параметри задньої поверхні мітчиків.

Нормальний задній кут бn визначається за формулою:

Кінематичний задній кут бk визначається за залежністю:

На основі знайдених залежностей визначення кінематичних геометричних параметрів мітчиків з прямими стружковими канавками було визначено вплив інструментальних та конструктивних параметрів на значення кінематичних.

Аналіз впливу геометричних та конструктивних параметрів на значення кінематичного кута в плані цk показав, що в діапазоні значень інструментальних кутів цi=5°ч15° та гi=5°ч15° кінематичні кути в плані цk вздовж різальної кромки змінюються несуттєво і практично дорівнюють інструментальним кутам, що пояснюється конструктивними параметрами нарізуваної різьби.

Наведені графічні залежності при різних значеннях цi та гi. Аналіз графічних залежностей показує, що зі збільшенням значень інструментальних переднього кута та кута в плані, величина кінематичного кута нахилу різальної кромки зростає вбік області додатних значень, причому, інтенсивність зміни лk зростає при збільшенні типорозміру мітчика.

Отже при значеннях інструментальних кутів цi=15° та гi=15°, наявність додатного кута нахилу різальної кромки сприяє направленню стружки вздовж напряму подачі інструмента, що характерно для оброблення наскрізних отворів. Аналіз залежностей показує, що для мітчиків менших М6 збільшення додатного кута нахилу різальної кромки не перевищує 1°ч2°, що практично не може суттєво впливати на схід стружки навіть при обробленні глухих отворів, для яких, згідно стандартів цi=15°.

Зміна кінематичних переднього гk та заднього бk кутів вздовж різальної частини мітчиків (М2чМ24) наведена

Кінематичний передній кут гk на різальній кромці збільшується від периферійної зони, де він набуває значень близьких до інструментальних, до центральної.

Значення заднього інструментального кута регламентується стандартом (ГОСТ 3266-81), і він дорівнює для машинних та машинно-ручних мітчиків бi=4°. Проте, як показує аналіз графічних залежностей, при різних значеннях інструментальних кутів цi та гi значення бk коливається в межах від 1°20' до 3°20' відповідно для мітчиків М2чМ24 при заданому бi=4°.

Різниця між бi та бk тим менша, чим більший кут цi, а інтенсивність зміни бk на різальній кромці тим меньше, чим більше гi.

Зменшення кінематичних кутів бk в порівнянні з інструментальними (при затилуванні по Архімедовій спіралі) може призводити до заклинювання коренів стружки під час реверсування при нарізанні різьби в глухих отворах. Тому були розглянуті існуючі форми задньої поверхні зуба мітчиків, які можуть бути використані для оброблення титанових сплавів, та розроблені рекомендації щодо їх вибору для запобігання явища заклинювання коренів стружки, що особливо важливо для мілкорозмірних мітчиків.

Необхідну величину затилування можна забезпечити при формуванні комбінованої задньої поверхні, яка складається з затилованої або гострозаточненої поверхні та примикаючої до неї плоскої або затилованої по колу допоміжної поверхні затилування.

Схеми визначення геометричних параметрів допоміжної поверхні затилування та її положення наведені

Аналіз зміни кінематичних геометричних параметрів різальної частини мітчиків показав, що для забезпечення раціональних умов оброблення, необхідно призначати наступні геометричні параметри при обробленні титану та титанових сплавів: =15°; =15°; =10°. Для запобігання заклинюванню коренів стружки під задньою поверхнею та викришуванню зубців мітчика рекомендується застосування комбінованих задніх поверхонь.

Третій розділ присвячений визначенню завантаження робочої частини мітчика.

Максимальне число одночасно працюючих лез залежить від глибини різьбового отвору , кроку різьби , висоти профілю різьби і кінематичного кута в плані :

Схема видалення припуску мітчиком представлена

Довжина головної різальної кромки першого зуба мітчика:

Сумарна площа перерізу зрізуваного шару зубцями визначається як:

Загальна довжина різальних кромок зубців становить:

Різальна частина мітчика, що містить декілька різальних кромок розташованих під кутом нахилу , працює в умовах обмеженого косокутного різання

Проекції сили стружкоутворення визначаються за залежностями:

Питомі сили стружкоутворення:

Складові сили різання , , на різальній частині мітчика дорівнюють:

Крутний момент при нарізанні різьби мітчиками визначається за залежністю:

Отримані залежності дозволяють визначати складові сили різання та крутні моменти різьбонарізання в залежності від механічних властивостей оброблюваного матеріалу та геометрії різальної частини мітчика.

В четвертому розділі виконано розрахунок напружено-деформованого стану мітчиків. Визначено розподіл напружень в тілі мітчика, виявлені зони концентрації та максимальні величини напружень, що дало можливість визначити допустимі крутні моменти та відповідні їм величини допустимих сил різання для запобігання поломки та викришування зубців мітчиків.

Задача визначення напружень в перерізах тіла інструмента вирішена двома шляхами:

- розв'язанням двовимірної задачі Бельтрамі-Мітчела, першим етапом якої є вирішення задачі кручення.

- розв'язанням тривимірної задачі теорії пружності.

Оскільки переріз мітчика має геометрично складну форму і точне аналітичне рішення задачі закручування неможливе, тому розв'язок може бути отриманий лише чисельними методами. Використовуючи метод скінчених елементів за допомогою пакету ANSYS визначені напруження в тілі мітчика.

Розподіл дотичних напружень при розв'язанні двовимірної задачі кручення від дії крутного моменту, викликаного силами різьбонарізання, наведено, а напруження від дії сил опору оброблюваного матеріалу.

Розподіл напружень при розв'язанні тривимірної задачі наведено

Результати розв'язку задачі визначення напружено-деформованого стану мітчика різними шляхами практично збігаються, що гарантує достовірність розв'язків. Максимальні напруження виникають в зонах концентраторів, у яких вони викликані крутним моментом, та на вершинах різальних кромок, де прикладені розподілені навантаження, що відповідають силам різання. Підвищення міцності тіла мітчика можливе за рахунок поступового зменшення площі перерізу канавки вздовж інструмента для зміцнення серцевини мітчика та віддалення концентраторів напружень до периферії.

Проведеними дослідженнями виявлено, що критичними типорозмірами, з точки зору кількості відмов обумовлених руйнуванням, є мітчики діаметрами 2ч6 мм. Згідно ГОСТ 3266-81, у мітчиків даного типорозміру (М2чМ6) стружкові канавки виконуються подібними за формою поперечних перерізів, а самі мітчики відрізняються лише зовнішніми діаметрами. Тому розрахунок середнього мітчика даного діапазону діаметром 4 мм та застосування теорії подібності дозволяють визначити напруження в перерізах інших мітчиків даного діапазону типорозмірів.

Максимальні дотичні напруження в кожному з мітчиків діапазону типорозмірів мітчиків М2чМ6 визначаються за залежністю:

Порівняльна оцінка граничних крутного моменту та сили різання , які здатен витримати мітчик з умови міцності , з розрахунковими значеннями крутного моменту різьбонарізання та силами різання , дозволяє на стадії проектування інструменту визначити можливість процесу різьбонарізання при заданих умовах оброблення, без поломок та викришувань різальних кромок, оскільки та є керованими величинами за рахунок інструментальних геометричних параметрів мітчика (, де , , - інструментальні геометричні параметри різальної частини мітчика). Розрахунки показали, що у стандартних мітчиків М2чМ4 з =5°, =5°, =4° крутні моменти різьбонарізання відповідно становлять 1,103ч6,927 Н·м, і перевищують їх допустимі значення для даних розмірів (=0,399ч6,378 Н·м). В той же час розрахункові сили різання, які діють на різальні кромки мітчиків, значно менші допустимих.

Таким чином, при розгляді ідеального процесу різьбонарізання встановлено, що для запобігання поломок мілкорозмірних мітчиків необхідно призначати такі значення інструментальних кутів: =15°, =15°, =10°.

П'ятий розділ присвячений удосконаленню конструкції мітчика, наведені результати експериментальних, промислово-виробничих випробувань і впровадження.

За результатами теоретичних досліджень і на основі рекомендацій з вибору геометричних параметрів було удосконалено конструкцію мілкорозмірних мітчиків, що полягало в призначенні рекомендованих геометричних параметрів (=15°, =15°, =10°), комбінованій задній поверхні та в виготовленні стружкової канавки нової форми та розмірів, нахиленої під кутом до осі мітчика.

В процесі розробки удосконаленої конструкції мілкорозмірних мітчиків вирішена задача визначення кута нахилу стружкової канавки з умови вільного розміщення в ній стружки за формулою:

На першому етапі експериментальних досліджень виконувались порівняльні лабораторні випробування міцності стандартних мітчиків та мітчиків запропонованої конструкції на універсальній експериментальній машині УМЕ-10Т. До дослідних зразків прикладався постійно зростаючий крутний момент , що моделював процес різьбонарізання. Навантаження зразків відбувалося до повного руйнування. Зразки - мітчики М4. Матеріал мітчиків - інструментальна швидкорізальна сталь Р6М5 ГОСТ 19265-73 (=3400 МПа, =800МПа). За результатами порівняльних випробувань встановлено, що міцність мітчиків з похилими стружковими канавками перевищує міцність стандартних мітчиків в 1,3 рази.

Динамометричні вимірювання крутних моментів різьбонарізання при обробленні стандартними мітчиками та мітчиками з запропонованими геометричними параметрами виконувались на вертикально-фрезерному верстаті мод. 6Б75ВФ за допомогою універсального динамометра УДМ-100. Матеріал заготовки: Титан ВТ1-0 ГОСТ 26492-85 (=300 МПа).

В результаті порівняльних випробувань виявлено що мітчики з запропонованою геометрією (1) в порівнянні з чорновими комплектними мітчиками (3) створюють в 3 рази менші крутні моменти різьбонарізання, що підтверджує розрахунки силових характеристик процесу різьбонарізання.

Вимірювання величини зносу мітчика з удосконаленими геометричними та конструктивними параметрами проводилося після оброблення отвору заготовки на задній поверхні зношених перших витках різьби калібрувальної частини мітчика за допомогою універсального інструментального мікроскопа УІМ23 ЛОМО. За критерій зносу при проведенні порівняльних стійкісних випробувань було прийнято величину зносу рівну 0,1 мм. ГОСТ 3449-84 регламентує при випробуваннях працездатності мітчиків діаметром до 20 мм виконувати різьбонарізання в 15 отворах при відсутності сколів та викришувань робочої частини.

Матеріал заготовки: Титан ВТ1-0 ГОСТ 26492-85 (=300 МПа). В результаті порівняльних випробувань було встановлено, що стійкість мітчиків з запропонованими геометричними та конструктивними параметрами в 1,2 рази перевищує стійкість стандартних мітчиків. Сколів та викришувань зубців мітчика не спостерігалось.

Попередні вимірювання точності отриманих різьбових отворів виконувались калібрами-пробками 5, 6 та 7 ступенів точності. Метрологічні дослідження точності отриманих різьбових отворів виконувались на УІМ23 ЛОМО, вимірюванням профілю розрізаних навпіл заготовок з нарізаною внутрішньою різьбою.

Ступінь точності отриманої різьби - 6, що відповідає 2 ступеню точності мітчиків.

Таким чином, результати експериментальних досліджень показали, що за рахунок:

- удосконалення форми і розмірів стружкових канавок та їх розташування відносно осі мітчика, досягнуто підвищення міцності в 1,3 рази,

- більш раціональної геометрії, зменшені крутні моменти різьбонарізання не менше ніж в 3 рази.

Стійкість мітчиків підвищена в 1,2 рази. Тобто експериментально доведено, що збільшення значень інструментальних кутів та до 15° і до 10° в порівнянні зі стандартними геометричними параметрами, поряд з невеликим підвищенням стійкості, значно знижує крутні моменти різьбонарізання і цим самим запобігає поломці мітчиків в процесі оброблення.

Мітчики з удосконаленими конструктивними та геометричними параметрами для оброблення титану та титанових сплавів з запропонованими геометричними та конструктивними параметрами пройшли дослідно-експериментальну перевірку на ВАТ «Львівський інструментальний завод» та заводі «Генератор», що підтверджено відповідними актами.

Висновки

1. Вперше вирішена проблема підвищення працездатності мітчиків для оброблення титану та його сплавів на основі розробки теорії визначення їх геометричних параметрів мітчиків в кінематичній системі координат, уточнення розрахунку силових характеристик процесу різьбонарізання та розрахунку напружено-деформованого стану мітчиків для визначення максимально навантажених ділянок і запобігання поломок інструменту та викришування його зубців.

2. Вперше теоретично і експериментально доведено, що закладені в стандартах геометричні параметри мітчиків менше М6 не відповідають вимогам запобігання поломкам та викришуванню зубців.

3. Вперше доведено, що для мілкорозмірних мітчиків для запобігання їх поломок рекомендованими є =15є, =15є, =10є, а для запобігання викришування зубців при різьбонарізанні в глухих отворах рекомендується застосовувати комбіновані форми задньої поверхні.

4. Виведені залежності для розрахунку параметрів допоміжних поверхонь при комбінованому затилуванні (циліндричному та по колу) задніх поверхонь зубців мітчиків.

5. Для запропонованих стружкових канавок мітчиків, розташованих під кутом до осі вперше були знайдені залежності визначення кута їх нахилу з умови вільного розміщення стружки.

6. Експериментально підтверджені результати теоретичних досліджень і за результатами лабораторно-промислових випробувань показано зменшення крутних моментів в 3 рази, підвищення стійкості в 1,2-1,5 рази при забезпеченні різьбонарізання без поломок мітчиків та викришувань їх зубців.

7. Результати досліджень передані для впровадження на ВАТ «Львівський інструментальний завод» і завод «Генератор» та впроваджені в учбовий процес при викладанні дисциплін «Технологія інструментального виробництва», «Теорія проектування різального інструменту», виконанні магістерських робіт та дипломних проектів.

Список опублікованих праць за темою дисертації

Равская Н.С. Определение кинематического угла в плане и толщина среза при нарезании резьбы метчиком / Равская Н.С., Николаенко Т.П., Красновид Д.А.// Вестник НТУУ "КПИ". - Машиностроение. - 2003 - № 44. - С. 121-122. (Здобувачем виконано графоаналітичні розрахунки, проведено аналіз отриманих залежностей).

Равська Н.С. Геометрія різальної частини мітчика в кінематичній системі координат / Равська Н.С., Красновид Д.О.// Процеси механічної обробки в машинобудуванні (Відп. ред. Г.М. Виговський). - Ж.: ЖДТУ - 2005. - №1. - С. 363-374. (Здобувачем розроблено методику розрахунку, отримані аналітичні залежності).

Бесарабець Ю.Й. Вплив конструктивних параметрів мітчиків на геометрію різальної частини в кінематичній системі координат / Бесарабець Ю.Й., Красновид Д.О.// Вісник ХНУ. - 2006. - №6(87). - С. 21-27. (Здобувачем досліджено взаємний вплив геометричних параметрів, зроблено висновки).

Бесарабець Ю.Й. Збільшення внутрішнього діаметра різьбового отвору при обробці титанових сплавів мілко розмірними мітчиками / Бесарабець Ю.Й., Красновид Д.О.// Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем. - Краматорськ. - 2006. - №22. - С. 148-155. (Здобувачем виконано експериментальні дослідження, оброблено результати).

Вовк В.В. Определение геометрических параметров передней поверхности концевого инструмента / Вовк В.В., Красновид Д.А.// Вісник ДДМА. - Краматорськ. - 2007.- №3(9). - С.32-38. (Здобувачем розроблено методику, зроблено висновки).

Равська Н.С. Геометричні параметри різальної частини різьбових різців / Равська Н.С., Красновид Д.О., Токунов В.О.// Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем. - Краматорськ. - 2009. - №24. - С. 38-42. (Здобувачем виконано графоаналітичне визначення геометричних параметрів).

Патент на корисну модель № а 2005 08966. Спосіб багатопрохідного нарізання різьби / Лупкін Б.В., Мамлюк О.В., Равська Н.С., Красновид Д.О.; Заявник та власник патенту Київський авіаційний технікум.; заявл. 22.09.2005; опубл. 11.01.2006, Бюл. №403/1. (Здобувачем запропоновано спосіб багатолезового оброблення, розроблено теоретичне підґрунтя).

Ткачук І.В. Основні геометричні параметри мітчиків в кінематичній системі координат та їх залежність від інструментальних характеристик / Ткачук І.В., Красновид Д.О. // Загально університетська науково-технічна конференція молодих вчених. Тези доповідей. НТУУ „КПІ” - Київ. - 2009. - С. 76-77. (Здобувачем розроблено постановку задачі, проведено аналіз отриманих результатів).

Анотація

Красновид Д.О. Підвищення працездатності мітчиків для обробки титану та титанових сплавів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.01 - Процеси механічної обробки, верстати та інструменти. - Національний технічний університет України „Київський політехнічний інститут”, Київ, 2010 р.

Дисертаційна робота присвячена вирішенню проблеми підвищення працездатності мітчиків для оброблення титану та титанових сплавів на основі розробки теорії визначення геометричних параметрів мітчиків в кінематичній системі координат, уточнення розрахунку силових характеристик процесу різьбонарізання і розрахунку напружено-деформованого стану.

В роботі розроблені теоретичні основи визначення кінематичних геометричних параметрів різальної частини мітчиків, які в більшій мірі описують процес різьбонарізання з врахуванням конструктивних особливостей мітчиків, отримані аналітичні залежності визначення геометричних параметрів в кінематичній системі координат, розроблені рекомендації з призначення раціональної геометрії різальної частини мітчиків. На основі теоретичних досліджень розраховано силове завантаження робочої частини мітчиків з врахуванням розроблених рекомендацій. Розраховано напружено-деформований стан мітчиків для запобігання можливих поломок при різьбонарізанні. Розроблені рекомендайії по удосконаленню конструкцій мітчиків для оброблення титану та титанових сплавів. Практичні та теоретичні результати впроваджені у виробництво і учбовий процес.

Ключові слова: нарізання різьби, титан, різальний інструмент, мітчик, геометричні параметри.

Аннотация

Красновид Д.А. Повышение работоспособности метчиков для обработки титана и титановых сплавов. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.03.01 - процессы механической обработки, станки и инструменты. - Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт», Киев, 2010.

Диссертационная работа посвящена решению проблемы повышения работоспособности метчиков для обработки титана и титановых сплавов путем разработки теории определения геометрических параметров в кинематической системе координат, уточнения расчета силовых характеристик процесса резьбонарезания и расчета напряженно-деформированного состояния метчика.

В работе разработаны теоретические основы определения кинематических геометрических параметров режущей части метчиков, которые наиболее полно и достоверно описывают процесс резьбонарезания с учетом конструктивных особенностей метчиков. Получены аналитические зависимости для определения геометрических параметров в кинематической системе координат. Исследование изменения кинематических геометрических параметров вдоль режущей части метчиков в зависимости от конструктивных параметров позволил определить наиболее целесообразную их геометрию для реализации заданных условий обработки.

Выполнен силовой расчет загрузки режущей части метчиков с учетом рекомендуемых геометрических параметров и определены зависимости для определения составляющих сил резания и крутящих моментов при резьбонарезании в заготовках из титана и титановых сплавов.

На основании результатов исследования загрузки режущей части и определения силовых характеристик рассчитано напряженно-деформированное состояние метчика, которое позволило выявить зоны концентрации максимальных напряжений в сечениях тела инструмента для оценки возможности безотказной работы метчиков в случае соблюдения условий прочности. Определены допускаемые крутящие моменты резьбонарезания и силы резания.

Предложена конструкция метчика с наклонными стружечными канавками для обеспечения повышенной прочности сердцевины инструмента. Определен оптимальный угол подъема стружечной канавки для обеспечения заданных условий резьбонарезания.

Проведены лабораторные и промышленные сравнительные испытания прочности и стойкости стандартных метчиков и метчиков с предложенными геометрическими и конструкционными параметрами.

Практические и теоретические результаты внедрены в производство и учебный процесс.

Ключевые слова: Нарезание резьбы, титан, режущий инструмент, метчик, геометрические параметры.

Annotation

Krasnovyd D.O. Increase of capacity of taps for treatment of titan and titanic alloys. Manuscript

Dissertation on the competition of graduate degree of candidate of engineerings sciences on speciality 05.03.01 - processes of machining, machine-tools and tools. The National technical university of Ukraine “Kiev polytechnical institute”, Kiev, 2010.

Dissertation is devoted to the decision of problem of improper capacity of taps for treatment of titan and titanic alloys by development of recommendations with setting of geometrical and structural parameters of taps, development of construction with the enhanceable indexes of durability and tool life.

Theoretical bases of determination of kinematics geometrical parameters of cutting part of taps which in a complete measure describe the process of thread cutting taking into account the structural features of taps are in-process developed, analytical dependences for determination of geometrical parameters are got in the kinematics system of coordinates, rational geometry of cutting part of taps is certain. On the basis of theoretical researches the power load of working part of taps is calculated taking into account the developed recommendations. The mode of deformation of taps is calculated for prognostication of possible breakages at thread cutting. The recommendations for construction of tap is developed for treatment of titan and titanic alloys. Practical and theoretical results are applied in industry and educational process.

Keywords: cutting of screw-thread, titan, cutting tool, tap, geometrical parameters.

Размещено на Allbest.ru