Методическое пособие 778

Интересные исследования, посвященные комбинированной струйной размерной обработки, в которой в качестве непрофилированного инструмента использовались крошки отбеленного чугуна, токопроводящие гранулы, в том числе пустотелые с токопроводящим покрытием и т.д., провел Котуков В.И. [16].

Им разработан комбинированный процесс чистовой гидроабразивной обработки сложнопрофильных поверхностей с произвольной геометрической формой, в том числе и на участках, недоступных или труднодоступных для лезвийного инструмента, при изготовлении деталей, в том числе из труднообрабатываемых материалов [16]. Показана возможность применения для чистовой комбинированной гидроабразивной обработки, ранее не используемого, дешевого абразивного материала и абразива с токопроводящим покрытием. Получена стабильная точность 6 - 8 квалитет, при шероховатости обработанного поверхностного слоя для сталей менее 1 мкм, что обеспечивает показатели качественной чистовой обработки деталей и переходных участков с профилем любой пространственной геометрии [16].

Разработанные в результате исследований способы и устройства внедрены с реальным экономическим эффектом на «ВМЗ» - Филиале ФГУП «ГКНПЦ им. М.В. Хруничева»: при обработке электродом-щеткой деталей типа «эжектор»; при разделении проката непрофилированным электродом-инструментом в форме диска; при изготовлении деталей и сборочных единиц авиакосмич е- ской техники, часть технических решений в виде 12 рационализаторских предложений и изменений по улучшению технологий внедрены в производство. Результаты исследований комбинированной гидроабразивной обработки приняты к внедрению для использования в перспективных конструкциях создаваемых летательных аппаратов, в том числе космических систем «Ангара» и «Русь»; при производстве специального изделия из титановых сплавов на заводе им. Лепсе, г. Киров (по а.с. №1732558); на ОАО «КАМАЗ» и ОАО «КАМАЗМеталлургия» г. Набережные Челны; в виде компьютерной программы в системе контроля уровня знаний ИТР на ФГУП «Воронежский механический завод», на предприятиях Брянска, Ростова при изготовлении перспективных наукоемких изделий в машиностроении. Общий реальный экономический эффект составил с учетом перспектив использования более 2,5 миллионов рублей.

Результаты исследований отражены в учебном процессе Воронежского государственного технического университета в курсах: “Технология машиностроения”, “ТП и оснащение НМО” и “Нетрадиционные методы обработки материалов”, “Технология обработки деталей непрофилированным электродом”.

Литература

1. Смоленцев В.П. Технологии будущего / В.П. Смоленцев // Нетрадиционные технологии в машиностроении и приборостроении: межвуз. сб. науч. тр. Воронеж: ВГТУ, 1996. Вып.1. С. 4-8.

50

2.Смоленцев В.П. Обработка электродом-щеткой/ В.П. Смоленцев, В.Ю. Черепанов // Проблемы долговечности материалов и рабочих сред. Тула, 1985. С.57-58.

3.Кириллов, О.Н Механизм и технология контактной комбинирован-ной размерной обработки непрофилированным электродом: дис. …д-ра техн. наук: 05.02.0705.02.08 / Кириллов Олег Николаевич. – Воронеж, 2011. –366 с.

4.А.c. 1732558 СССР. Способ электромеханической обработки / В.П. Смоленцев, О.Н. Кириллов, Т.П. Литвин, В.П. Кузовкин (СССР). №4771140; заявл. 19.12.1989; зарег. 8.01.1992.

5.Пат.1797533 Российская Федерация, МПК7 B23H7/36, Способ электрообработки вращающимся электродом-инструментом / В.П. Смоленцев, О.Н. Кириллов, С.В. Кретинин, Б.А. Голоденко; №4900945/08; заявл. 09.01.1991; опубл. 23.02. 93. Бюл. №7. 2 с.

6.А.c. 1646729 СССР, МКИ3 В23 Н7/12, 3/04. Способ электромеханической обработки / А.И. Болдырев, О.Н. Кириллов, Н.А. Тюкачев, В.Ю. Черепанов (СССР). №4646039/08; заявл. 03.02.89; опубл. 07.05.91, Бюл. №17. 4 с.

7.Пат. 2241582 Российская Федерация, МПК7 В23 Н 5/06. Способ комбинированной зачистки изделий металлургического передела электродом-щеткой

/В.П. Смоленцев, О.Н. Кириллов, Е.В. Смоленцев; №2003103236; заявл. 03.02.2003,опубл.10.12.2004, Бюл.№ 34. 3 с.

8.Юриков Ю.В. Комбинированное электроэрозионно-гальваническое восстановление деталей машин / Ю.В. Юриков, Б.П. Саушкин // Нетрадиционные технологии в машиностроении и приборостроении: межвуз. сб. науч. тр. Воронеж: ВГТУ, 1999. Вып. 3. С. 46-53.

9.Кириллов О.Н. Установка и инструмент для комбинированной обработки / О.Н. Кириллов, А.В. Писарев, В.Ю. Склокин // Нетрадиционные технологии в машиностроении и приборостроении: межвуз. сб. науч. тр. Воронеж: ВГТУ, 1999. Вып. 3. С.120-126.

10.Склокин В.Ю. Расчет режимов обработки и параметров электродащетки для автоматизированных станков / В.Ю. Склокин, В.П. Смоленцев, Е.В. Смоленцев // Металлообработка, 2001. №1. С.35-41.

11.Кириллов О.Н. Механизм контактной комбинированной размерной высокоскоростной обработки непрофилированным электродом / О.Н. Кириллов // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2010. Т.6. №9. С.91-94.

12.Кириллов О.Н. Моделирование процесса взаимодействия непрофилированного нежесткого электрода инструмента с объектом обработки / О.Н. Кириллов // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. Орел. 2010. № 5 (283). С.31-34.

13.Рязанцев, А.Ю. Механизм чистовой обработки электродом - щёткой [Текст] / А.Ю. Рязанцев, О.Н. Кириллов // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2015. Т.11. №5. С. 8 – 13.

51

14.Кириллов О.Н., Смоленцев В.П., Котуков Е.В. Обработка сопряженных поверхностей в пересекающихся каналах // Вестник БГТУ. 2020. № 3 (88). С. 4-10.

15.Смоленцев, В.П. Комбинированная обработка прессованных материалов [Текст] / В.П. Смоленцев, С.С. Юхневич, В.Л. Мозгалин // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2017. - Т. 13. - № 2. - С. 128-131.

16.Котуков, В.И. Технология комбинированной струйной размерной обработки сложнопрофильных поверхностей металлических деталей: дис. … канд. техн. наук: 05.02.07/Котуков Василий Иванович.–Воронеж, 2016.-170 с.

17.Юхневич, С.С. Разработка технологии комбинированной прецизионной обработки металлических материалов с анизотропными характеристиками: дис. … канд. техн. наук: 05.02.07 / Юхневич Сергей Степанович. – Воронеж, 2018.-163 с.

Конструкторское бюро химавтоматики Воронежский государственный технический университет

УДК. 621.9.025.523

В.В. Куц, Д.С. Гридин

ИССЛЕДОВАНИЕ СТОЙКОСТИ РЕЖУЩИХ ПЛАСТИН ПРИ НАРЕЗАНИИ ВНУТРЕННИХ ВИНТОВЫХ КАНАВОК

В статье представлено исследование на основе результатов натурных экспериментов влияния скорости резания на стойкость режущих пластин. Проведен анализ износа поверхностей зубьев участвующих в процессе нарезания винтовых канавок. Представлена схема экспериментальной установки. На инструментальном микроскопе ММИ-2 сделаны снимки рабочих поверхностей зубьев канавок трапецеидального профиля после 25 проходов сборной прошивки. Представлен график зависимости стойкости режущих пластин от скорости резания при варьировании подъема на зуб. При помощи микроскопа проведены измерения геометрических параметров винтовых канавок в заданном сечении и установлена величина погрешности отклонения от заданных параметров

Ключевые слова: износ, режущая пластина, винтовая канавка, режущая оправка, стойкость режущих пластин

Благодарности: работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 19-38-90057.

Естественный износ пластин происходит при обработке любых видов материалов. Быстрый износ режущих поверхностей инструмента нежелателен так как он значительно сокращает срок службы инструмента [2,3]. С появлением новых способов обработки возникает необходимость в исследовании влияния

52

технологических параметров на износ поверхностей режущих пластин с целью повышения стойкости инструмента [4,5].

Так как согласно предложенному способу обработки винтовых канавок [1] вращение инструмента происходит под действием крутящего момента возникающего в результате воздействия осевой силы, а на силу в значительной степени влияет скорость резания, то возникает необходимость в исследовании влияния скорости резания на стойкость режущих пластин.

Для оценки стойкости был проведен натурный эксперимент. Схема установки представлена на рис.1. Материал втулок бронза БрАЖ9-4. Для нарезания были применены твердосплавные резьбовые пластины для трапецеидальной резьбы 16IR2.0TR GM3225.

Рис. 1 Установка для определения осевой силы оправки с одним режущим зубом упрощенная схема: 1- шпиндель, 2 – заготовка, 3 – режущая оправка,

4 – тензодатчик, 5 – резцедержатель, 6 резьбовая втулка

Анализ износа рабочих поверхностей режущих пластин, а также отклонение от заданных геометрических размеров винтовой канавки проводился на инструментальном микроскопе ММИ-2. По результатам натурных экспериментов при переднем угле γ=10° было установлено, что отклонения геометрических параметров винтовой канавки от заданного профиля, образуются после 100 проходов режущей оправки при sz=1мм для бронзовой заготовки и длине втулки l = 45мм. На рис. 2 показан экспериментальный образец режущей оправки с 25% износом при скорости Vр = 4м/мин.

Для оценки износа режущих пластин при sz = 0,1…1мм были изготовлены тонкостенные втулки различного диаметра с толщиной стенки δ=3мм и длиной l=40мм. По результатам экспериментов было установлено, что при нарезании винтовых канавок режущей оправкой с тремя зубьями в диапазоне подъемов на зуб от 0,1 до 0,2 мм и заднем угле в 2 градуса вращение инструмента не проис-

53

ходит из-за отсутствия касания одной из боковых поверхностей режущей пластины боковую поверхность винтовой канавки.

Рис. 2 Экспериментальный образец режущей оправки после 25 проходов нарезания винтовых канавок на заготовке из бронзы БрАЖ9-4

Стабильным процесс нарезания винтовых канавок возможен в диапазоне подъемов на зуб от 0,2 до 1,2 мм рис. 3.

По результатам проведенных натурных экспериментов было установлено что, вследствие нарезания винтовых канавок на пластичном материале, на контактных поверхностях образуется скопление частиц металла в виде нароста рис. 4.

При sz = 0,2…0,4 мм имеется значительный износ на задней поверхности рис.3г. При sz = 0,4 до 0,8 мм зона износа по задней поверхности уменьшается, но при этом смещается ближе к краю режущего зуба рис. 3д. При подъемах на зуб от 0,8 до 1,2 мм износ по задней поверхности отсутствует рис. 3е, на боковой поверхности зуба наибольшему износу подвержена область у основания зуба рис. 3и.

Так как геометрические параметры профиля в осевом сечении должны соответствовать рис. 5а, то при помощи инструментального микроскопа ММИ- 2 были измерения профиля винтовой канавки в осевом сечении рис.5б.

В результате измерений было установлено, что после 50 проходов режущей оправки наибольшее отклонение имеет размер ширины винтовой канавки он составляет 5% от заданного значения, остальные показатели геометрических параметров находятся в пределах допуска во всем диапазоне скоростей резания.

На рис. 6 представлена зависимость влияния скорости резания на наработку твердосплавных пластин при варьировании sz.

54

Рис. 3. Характер износа режущих пластин: а) по передней поверхности б) по задней поверхности в) по вспомогательной поверхности

Рис. 4. Наростообразование

55

а) б)

Рис. 5 Геометрические параметры профиля. а) исходные данные; б) результат натурного эксперимента

По установленной зависимости стойкости рис.6 предельный износ режущей пластины для бронзовой заготовки при Vр = 14м/мин, образуется после 5м суммарной обработанной длины заготовок или после 100 проходов при длине втулки l=40мм.

Рис. 6 Зависимость стойкости твердосплавных пластин от скорости резания для заготовки из бронзы БрАЖ9-4 при варьировании sz

Литература

1.Куц В.В. Исследование влияния скорости резания на формирование скрытой кинематической связи при протягивании внутренних винтовых канавок с большими углами подъема спирали. / В.В. Куц, Д.С. Гридин// Вестник воронежкого государтсвенного технического университета. – 2019. – Т. 15. – №6.

–С. 121-124

2.Латыпов, Р. Р. Методы диагностики состояния режущего инструмента в станочных системах: учеб. пособие / Р. Р. Латыпов.-Уфа: УГАТУ,2009. 96 с.

3.Завгородний В.И., Козочкин М.П., Маслов А.Р., Сабиров Ф.С. Влияние динамических характеристик инструмента и заготовки на результаты виброакустического контроля процесса резания. — М.: СТИН. 2010. № 6. С. 13–17.

4.Маринин Г.В., Малышев С.Н., Захаревич Е.М. Нанорезание закаленной стали // Металлообрабатывающее оборудование. 2008. № 8 (53). С. 18

5.Григорьев, С. Н. Методы повышения стойкости режущего инструмента: учеб. для студентов вузов / С. Н. Григорьев. - М.: Машиностроение, 2009. - 368 с.

Юго-Западный государственный университет

56

УДК 621.7-216

А.В. Киричек1, С.В. Баринов2, А.В. Яшин2

НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ КАРКАСНЫХ ДЕТАЛЕЙ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Выявлен класс каркасных деталей подвергающихся усталостному разрушению в процессе эксплуатации. С применением конечно-элементного анализа в программе ANSYS проведены вычислительные эксперименты, в результате которых удалось установить локальные наиболее напряженные места конструкции, а также глубину несущего поверхностного слоя. Предложена классификация каркасных деталей на основании условий их эксплуатации, прилагаемых нагрузок и габаритных размеров. Предложен способ повышения долговечности изделий упрочнением на несущего слоя на расчетную глубину

Ключевые слова: конечно-элементный анализ, прочность, напряженнодеформированное состояние, эксплуатационные свойства, каркасные детали

На современном этапе развития промышленности все более широкое применение находят алюминиевые сплавы. Замена стальных деталей алюминиевыми при изготовлении транспортной, аэрокосмической техники обуславливается уменьшением общего веса конструкции, повышением технических характеристик изделия [1].

Алюминиевые сплавы широко применяются для изготовления ответственных конструкций, воспринимающих высокие статические, динамические и знакопеременные нагрузки. К достоинствам алюминиевых сплавов относится малый вес, легкость механической обработки, высокие значения пластичности. Перспективы использования в промышленности сдерживают такой существенной фактор как низкая прочность на уровне 150-250 МПа для предела текучести, который является основной расчетной характеристикой для большинства конструкций [1,2].

Одним из наиболее характерных примеров каркасных деталей является группа опор дистанционно-управляемых модулей, имеющих различные габариты (рис. 1). Под воздействием потока динамических знакопеременных эксплуатационных нагрузок данная деталь подвергается преждевременному усталостному износу и разрушению отдельных локальных участков конструкции [1,3].

В связи с тем, что полноценные экспериментальные исследования отличаются сложностью и высокой стоимостью, для выявления всех локальных ослабленных участков необходимо проведение дополнительного конечноэлементного анализа. Применяемое для моделирования программное обеспечение – ANSYS/LS-DYNA. Адекватность данных, полученных моделированием, установлена ранее [1,3,4].

Определены эксплуатационные нагрузки каркасных деталей, выявлены три основных типа деталей: легкие (нагрузка Р < 25 кН); средние (нагрузка 25кН < Р < 50кН); тяжелые (нагрузка Р > 50 кН) [1].

57

Рис. 1.1. Общий вид и диапазон размеров каркасных деталей из алюминиевых сплавов, мм

Так как детали обладают схожими конструктивными особенностями, то для исследования выбран промежуточный типоразмер – средние детали. В качестве эксплуатационной нагрузки принимается предельное для данного типа значение 50 кН [1]. Разработка конечно-элементной модели, граничные условия, задаваемые характеристики материала осуществлялись по методикам, представленных в работах [1,5,6].

Моделирование осуществлялось в следующей последовательности:

-графическими средствами ANSYS/LS-DYNA создана трехмерная модель детали;

-детали присвоены свойства материала АМг2;

-создана конечно-элементная сетка (рис. 1.2,а);

-установлены места закрепления детали и приложены эксплуатационные нагрузки;

-установлены требуемые граничные условия: время приложения нагрузки, коэффициент демпфирования, коэффициент искажения и т.д.;

-произведен расчет, получены результаты по эквивалентным напряжениям в МПа (рис. 1.2,б);

-определена глубина несущего слоя [1, 3-6].

В результате разработки и анализа конечно-элементной модели выявлены опасные участки. Наиболее нагруженными являются поверхности, расположенные рядом с местами закрепления детали. Определена глубина несущего слоя, которая при предельных нагрузках составляет порядка 7 мм. Результаты исследований аппроксимированы для других типоразмеров каркасных деталей с учетом прикладываемых нагрузок [1,3,6].

Выполненное исследование позволяет обоснованно предъявлять требования к параметрам качества несущего поверхностного слоя, например, глубине упрочнения, выбирать способ упрочнения исходя из его технологических возможностей.

58

а) б)

Рис. 1.2. КЭМ детали в программе ANSYS/LS-DYNA (а), НДС детали с учетом эксплуатационных нагрузок (б)

Литература

1.Яшин А. В. Технологическое обеспечение качества каркасных деталей из алюминиево-магниевых сплавов многоконтактным волновым деформационным упрочнением: дис. ... канд. техн. наук. – Брянск, 2019. – 158 с.

2.Сплав 1570С – материал для герметичных конструкций перспективных многоразовых изделий РКК «Энергия» / А.В. Бронз, В.И. Ефремов, А.Д. Плотников, А.Г. Чернявский // Космическая техника и технологии. 2014. № 4 (7). С.62–67.

3.Киричек А.В., Баринов С.В., Яшин А.В. Моделирование волнового деформационного нагружения алюминиево-магниевых сплавов // Вестник Брянского государственного технического университета № 11(72), 2018. – С.73 – 80.

4.Kirichek A.V., Barinov S.V., Yashin A.V., Konstantinov A.M. Study of the influence of cross section sizes of the rod shock system on the efficiency of shock pulse energy transfer to the deformation center // Journal of Physics: Conf. Series. – 1479. (2020). – 012067.

5.Kirichek A.V., Barinov S.V., Yashin A.V. Improving the mechanical and operational characteristics of aluminum alloys by multi-contact deformation treatment // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 971. (2020). – 042053.

6.Киричек А.В., Баринов С.В., Силантьев С.А., Яшин А.В., Зайцев А.А. Модели материалов при исследовании волнового деформационного упрочнения методом конечных элементов // Вестник Брянского государственного технического университета. 2021. № 1 (98). С. 28-33.

1Брянский государственный технический университет

2Муромский институт Владимирского государственного университета

59