книги / Обработка резанием с вибрациями книга
..pdfмогло быть решено только применением твердого спла ва. Все предыдущие исследования других авторов по казывали, что жаропрочные аустенитные сплавы не сверлятся сверлами, оснащенными твердым сплавом. Это объясняется при использовании обычных методов сверления затрудненным удалением большого количе ства стружки и ухудшением ее формы; интенсивными вредными колебаниями, приводящими к выкрашива нию твердого сплава; возникновением в зоне резания высокой температуры, при которой пластины отпаи ваются от державок.
Использование метода вибрационного резания поз воляет применять твердые сплавы при обработке вяз ких жаропрочных сплавов сверлением. Это объясняется образованием мелкодробленой формы стружки. Такая стружка удобна для удаления но канавкам сверла и позволяет повысить жесткость стебля сверла за счет уменьшения площади его канавок. Повышенная жест кость инструмента устраняет вредные колебания и соз дает нормальные условия дли работы твердого сплава. Применение вибрационного резания создает периоди ческий отдых режущей кромки, улучшает условия ра боты СОЖ. Все это уменьшает температуру в зоне резания и снижает интенсивность воздействия диффу зионных явлений, связанных с налипанием обрабаты ваемого материала на рабочие поверхности инстру мента. Было, разработано двухкромочное твердосплав ное сверло (см. рис. 50) *, Оно проектировалось специально как сверло для глубокого сверления с применением вынужденных осевых колебаний инстру мента. Стружкоотводящие канавки для простоты изго товления сделаны прямыми. В державке сверла из стали У8, 9ХС имеется центральное отверстие диамет ром 1,1— 1,2 мм, через которое в зону резания подается под давлением порядка 150 атм СОЖ. В вершину свер
ла врезана стандартная пластина из твердого сплава ВК6М или ВК8.
Описанная выше конструкция станка для вибраци онного сверления глубоких отверстий BC-IV и твердо сплавные сверла для него прошли испытания в произ водственных условиях. Они показали, что метод вибра-
1 В МВТУ им. Баумана отработана для производственных ус ловий технология изготовления твердосплавных сверл.
ЗП
Ционного резания, инструмент с пластиной из твердого сплава ВК8 н подвод охлаждающей жидкости под вы соким давлением непосредственно в зону резания поз воляют повысить производительность на операции сверления отверстий диаметром 4,5 мм в сплаве ЭИ827 на глубину 35 мм в 4—5 раз и резко сократить расход
инструмента. Производительность станка— 210 деталей в смену. Па станке используются следующие режимы резания: «=1400 об/мин, ор=20 м/мин, S0= 0,028 мм/об, ^ли«=40 мм/мин\ режимы вибраций: частота f= 54 гц, амплитуда Л*= 0,03-г-0,4 мм. Машинное время обработ ки равнялось Тлаш—1,0 мин. Охлаждение при обработке
производится сульфофрезолом, подводимым под давле нием в 150 атм. Станок обеспечивает высокую точность
и чистоту обработки отверстия, что позволяет исклю чить операцию развертывания отверстий.
Базой создания промышленной установки для виб рационного сверления глубоких отверстий диаметром 15—20 мм послужил станок «Фриц Вернер». Источни
ком энергии для колебаний служил 40-ваттный элек тродвигатель постоянного тока (от швейной машины типа МШ-2). Частоты колебаний при экспериментах регулировались изменением числа оборотов электродви гателя с помощью автотрансформатора типа ЛАТР-2. Вращательное движение преобразовывалось в поступа тельное движение вилки посредством шатуна; вилка жестко связана со штоком гидроусилителя. Эксперимен ты проводились сверлами для глубокого сверления одностороннего резания с наружным отводом стружки, оснащенными пластинкой твердого сплава ВК-8. Опи санная установка успешно опробована при сверлении глубоких отверстий диаметром 15,3 мм и длиной 730 мм в деталях из стали 50А с твердостью ИВ 255—295;
СОЖ— сульфофрезол, подаваемый по |
каналу |
сверла |
под давлением 20—25* атм. Режимы |
обработки: п — |
|
= 1100 об/мин, 0=53,5 м/мин, So=0,03 |
мм/об, |
sMuH= |
= 83 мм/мин. При обычном сверлении |
средняя |
стой |
кость сверла между переточками составляла 2—3 дет. При сверлении с вибрациями в отличие от обычно об разующейся сплошной гофрированной формы стружки
* Изложенные исследования проводились МВТУ им. Баумана совместно с кафедрой технологии машиностроения Тульского поли технического института.
образуется мелкодробленая. Учитывая малую жесткость стебля сверла, для создания в зоне резания достаточ ных амплитуд на выходе вибратора следует задавать повышенное значение 2A/S<> и сдвиги фаз (к-И), близ кие к целому числу с половиной. Так, для этой опера
ции было |
принято 2/4x/S<,=3,8 и (fc+i) = 1,35. Для при |
веденных |
выше режимов резания вибрации Лзс= 2 5 0, |
/=1500 гц, при этом чистота и точность обработки оста
вались такими же, что и при обычном сверлении. Сверление глубоких отверстий относительно большо
го |
диаметра |
(10—20 мм) в жаропрочных, титановых |
|
и тугоплавких сталях |
и сплавах повышенной вязкости |
||
и |
прочности |
(ЭИ-654, |
ЭИ-827, ЭИ-835, ЭП-202, ОТ-4, |
ВН-2) является весьма |
трудоемкой операцией. Особен |
||
но |
затруднительно сверление ниобиевого сплава ВН-2 |
||
из-за его высокой пластичности: образующаяся слив ная стружка заклинивается между поверхностью обра зующегося отверстия и ленточками сверла, вызывая массовые поломки сверл. Поэтому выполнение опера ций становится возможным только при резании с очень малыми подачами (для диаметров 20 мм — порядка 0,03—0,05 мм!об) , дающими тонкую легкодеформируе-
мую стружку. Заточка стружкозавивающих и ломаю щих канавок на режущей части инструмента не дает положительных результатов.
Отработка процесса вибрационного сверления от верстий больших диаметров* (10—20 мм) в жаро
прочных, титановых и тугоплавких материалах прово дилась на специально созданной лабораторной уста новке, подобной описанной выше (см. рис. 101). Она имеет устройство, синхронизирующее частоту осевых вибраций инструмента с числами оборотов шпинделя. Соотношение частоты колебаний инструмента в преде
лах — =0,5-^5,5 и числа оборотов шпинделя регули-
руется сменными зубчатыми колесами. Амплитуда колебаний изменяется перестановкой кулачка, имею щего эксцентричное посадочное отверстие. Бесступен чатое регулирование чисел оборотов шпинделя и рабо чих подач осуществляется использованием в качестве
1 Эти |
эксперименты при участии МВТУ им. Баумана проведе |
ны канд. |
техн. наук Я. Л. Гуревичем, инж. Ю. Я. Прохоровым |
и инж. Н. |
Л. Земиной. |
приводов схемы — электроусилитель постоянного тока МИ42Т и МИ32Т, с питанием их соответственно от ге нераторов ЭМУ-25 и ЭМУ-12. Для сверления исполь зовались сверла, оснащенные пластинками ВК8 (см.
рис. 50). Геометрия заточки: |
у = 0 в, а=14°, 2(р—140°; |
перемычка сверл подточена, |
K= 0,08D. Стружечные |
канавки полировались. Для сверления титановых спла вов сверло имело увеличенную обратную конусность (0,03—0,06) на длине пластинки, повышенный задний угол (16—18°) N меньшую ширину ленточки (порядка 0,1 мм). В качестве СОЖ использовался сульфо-
фрезол.
Вибрационное сверление отверстии в сплаве типа ЭП-213 (Х17АГ14) диаметром 10 мм при частотах ко
лебаний |
инструмента |
(к-И') = 1,5; |
3,5; 4,5; |
5,5 на |
режи |
|
мах |
13,5 |
M IM U H , SO=0,15 мм/об, Лж=0,03 мм и диа |
||||
метром |
15 |
мм на |
режимах |
op= I2 |
M IM U H , |
S0= |
=0,07 мм/об, Ах—0,07-4-0,08 мм показало надежное
стружкодробление. Сравнительнаястойкость сверла
при обработке без вибраций (к-И =0) |
и при наложении |
на инструмент колебаний различной |
частоты дана на |
рис. 104, где видно, что стойкость сверла при обработке
с вибрациями в 3—4 раза |
выше, |
чем |
при обычном |
|
сверлении. Повышение значений (к-И), |
т. е. рост |
ча |
||
стоты вибраций, приводит |
к снижению |
износа; |
при |
|
большем значении [(к-И )=4,5] сверла |
работают |
бо |
||
лее спокойно и стабильно. |
При |
вибросверлении |
на |
|
этом режиме происходит увеличение точности обра ботки. Она повышалась до 3—4-го классов, между тем как при резании без вибраций она ниже— (4—5-го классов).
Вибрационное сверление сплава ЭИ654 осущест влялось сверлами диаметром 10 и 15 мм при подаче
0,09 мм/об и скоростях резания соответственно 22 и
25 м/мин. Стабильное дробление стружки в этом слу чае имеет место при (к+i) = 1,5. Рост частоты
колебаний до значений (к-И) =3,5—5,5 приводит к умень шению амплитуд, задаваемых вибратором, и нестабиль ному стружкодроблению. Надежного стружкодробления в этом случае следует добиваться за счет увели
чения отношения |
так, при подаче |
0,14 |
мм/об при |
sо |
диаметром 10 |
мм |
в сплаве |
сверлении отверстий |
|||
ЗИ |
|
|
|
ЭИ654 при скорости резания 22 м/мин надежное струж-
кодробление получено при Л*=0,23 мм, т. е. =1,65.
S0
Вибрационное сверление титанового сплава ОТ4 проводилось сверлами диаметром 10—12 мм при ско ростях резания 18—25 м1мпн, подачах 0,07—0,1 мм{об, амплитуде 0,13 мм и соотношении (к-И) = 1,5; 3,5; 5,5.
Рис. |
104. Стойкостные зависимости при обычном и вибрационном |
|
|
сверлении сплава ЭП 202: |
мм: б— d^lB мм. |
я — |
мм; Vp«^13,5 MJMUH; So=0.05 мм\об; |
|
*\2 |
м/мик; SQ=0,08 мм/об; Ах -0,06 мм; d - d - 12 |
мм; SQ- 0,08 Мм/об: |
|
=0,13^-0,5 мм; охлаждение — сульфофреаол |
|
В этом случае метод резания с вибрациями не показал преимуществ по сравнению с обычным резанием. Од нако, после того как у сверла отверстие для выхода СОЖ было выведено на заднюю поверхность, т. е. приближено к режущим кромкам, использование виб раций позволило поднять скорость резания до 30 м(мин, между тем как при обычном сверлении она не превышает 25 л/лшк.
Вибрационное сверление тугоплавкого ниобиевого сплава ВН-2 проводилось твердосплавными сверлами диаметром 20 мм при скорости резания 40 MJMUH, т. е. в 2 раза более высокой, чем это имеет место при обыч
ном сверлении быстрорежущим |
инструментом. Наряду |
|||
с этим |
при обработке отверстий глубиной 20 мм на |
|||
режимах |
резания и |
вибраций |
So=0,08 мм{об, Ах= |
|
=0,08 |
мм; |
(/с-Н) —3,5 |
обеспечивалось надежное струж- |
|
кодробление и отсутствовали случаи выкрашивания твердосплавных режущих кромок. Все это приводило к резкому повышению производительности обработки (примерно в 4 раза).
Проведенные исследования позволили грекомендо вать для промышленного применения при сверлении отверстий глубиной (=4£) следующие режимы вибра ций: (K+t) =4,5; AV~1,2S0 (табл. 24).
Таблица 24
Рекомендуемые режимы резания при вибрационном сверлении отверстий р трудн обрабатываемых материалах сверлами,
оснащенными пластинками твердого сплава Ш
ОбрабягыБЭ емый |
Диаметр |
в мм |
Скорость и |
Подача и |
|
материал |
MjMUtl |
мм/об |
|||
|
|
||||
ЭИ654 |
10 |
|
2 5-30 |
0,08 |
|
ЭИ835 |
20 |
|
20—25 |
0,10 |
|
ЭИ202 |
10 |
|
20—25 |
0,08 |
|
ЭИ827 |
_ |
|
— |
— |
|
ЭИ867 |
20 |
|
15—18 |
0,10 |
|
ОТ4 |
10 |
|
25—30 |
0,08 |
|
ВТ14 |
20 |
|
20—25 |
0,10 |
|
ВН2 |
20 |
|
40 |
0,10 |
Примечания: Период стойкости сверл диаметром 10 мм принят
Т = 10 мин, диаметром 20 мм, Т — IS мин*
2. СОЖ — сульфофрезол с подачей через центральное отверстие в сверле.
Для практического внедрения вибрационного свер ления разработано два типоразмера агрегатных голо вок для вибрационного сверления отверстий диаметром 3—8 и 3— 12 мм. Общий вид агрегатной головки для
вибрационного сверления типа ВСГ-8 приведен на рис. 105.
Вынужденные колебания инструменту в осевом на правлении задаются эксцентриком, сидящим на валу, к которому пружиной постоянно прижимается задаю щий золотник [3, 7, 24]. Частота осевых колебаний в данной конструкции головки жестко связана кинемати ческой цепью: коническая пара — цилиндрическая пара.
Глава VIII
НАРЕЗАНИЕ РЕЗЬБ МЕТЧИКАМИ С ВИБРАЦИЯМИ
Плохая обрабатываемость резанием ряда марок сталей и сплавов в наибольшей степени проявляется при нарезании резьб, что объясняется особенностями процесса резания на этих операциях, связанных со снятием малых толщин среза, при этом удаление слоев металла происходит не только по одной прямолинейной главной режущей кромке (как, например, при развер тывании), но и по кромкам, имеющим форму треуголь ника, трапеции.
Наибольшие затруднения возникают при нарезании резьб малого диаметра, особенно глухих, метчиками. Отработка в этих условиях обычного резьбонарезания не дала значительного улучшения; в связи с этим в МВТУ им. Баумана в 1962— 1968 гг. были исследованы в лабораторных условиях н внедрены в промышлен ность качественно новые методы образования резьб метчиками, построенные на вибрационной и ударнопрерывистой обработке. Результаты их кратко изла гаются ниже.
НАРЕЗАНИЕ РЕЗЬБ МЕТЧИКАМИ С ОСЕВЫМИ КОЛЕБАНИЯМИ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ЧАСТОТЫ
Этот метод нарезания резьб заключается в том, что на обычно принятую кинематическую схему обработки накладывается в осевом направлении дополнительное вибрационное движение с ультразвуковой частотой. Рассмотрим кинематику процесса; текущие значения толщины и ширины срезаемого слоя будут (рис. 106):
*=<*,+ Aâesino)f; |
1 |
^ |
bt= b 9—Дb&sin ûrf, J |
|
|
где аг и Ьг— толщина и ширина |
срезаемого |
слоя, |
снимаемого каждым зубом метчика при обычном резьбонарезании;
Дц,; AbB— максимальное приращение толщины и
ширины срезаемого слоя, обусловленное вибрационным движением.
Из формулы (8.1) видно, что изменение толщины и ширины среза при вибрациях происходит в противо-
Рис. 106 Кинематика процесса резьбонарезания нетчиком с осе выми колебаниями ультразвуковой частоты
фазе. При обычном резьбонарезании метчиком толщи на слоя, срезаемого каждым зубом метчика (рис. 107):
|
о = -!-• |
|
г |
s |
s |
|
|
' |
V ' |
|
' |
||
|
|
|
o ,= |
^1tg<p . |
(8.2) |
|
где |
i — высота резьбы; |
|
|
|
||
|
г — число перьев метчика; |
заборного коиуса; |
||||
|
h — длина |
работающей |
части |
|||
Zp — число работающих зубьев на одном пере. |
||||||
Максимальные приращения толщины и ширины |
||||||
среза, |
обусловленные |
вибрационным движением, |
||||
равны |
Да, = |
A*simp; |
|
|||
|
|
|
||||
|
|
А. |
од |
* |
Р |
<8 3 > |
где р — угол профиля нарезаемой резьбы.
Примем схему образования резьбы каждым зубом заборной части метчика, имеющим <р=0°, Погрешность, вызванная этим допущением, составляет доли процен та. Тогда ширина bi и площадь среза fi, снимаемая данным зубом метчика i, будет
bt = bl — 2 (t — l)e * tg -|-;
(8.4)
F i - - |
2 ( i — l ) a | t g - ^ . |
Наличие вибрационного движения будет давать переменное значение толщины среза; опуская члены, содержащие квадраты синусов, получаем
Fit = F( — AFesin W = |
|
|
||
= F, — |^агД6й — Aaebl |
| 4 (t— 1) агДц*tg |
j sin |
(8.5) |
|
Используем полученные здесь формулы для условий |
||||
наших экспериментов. |
Режимы вибраций: |
/= 2 0 |
кгц, |
|
/4эе= Ю мк, резьба |
М10Х1.5; р=60°, высота резьбы t = |
|||
= 0,8 мм, «=300 |
об/мин; обрабатываемый |
материал — |
||
нержавеющая сталь Х18Н9Т; метчик трехперый г=3 из
стали Р18; |
h = 18 |
мм, |
ф=2°30'. |
Расчетом |
получено: |
||
Oz=18,3 |
мк, |
Дав=0,44 |
мк; |
АЬ0 =0,44 при |
6j=93 МК, |
||
AF0 =33 |
мк2 при |
F{= 1700 |
мк2. |
Приведенные данные |
|||
свидетельствует о |
том, |
что |
изменение |
размеров |
|||
сечения срезаемого слоя при нарезании резьб с ультразвуковыми колебаниями относительно невели ко, поэтому процесс обработки характеризуется незначительными колебаниями сил, действующих на упругую систему станка. Вместе с тем наличие малого по амплитуде колебательного движения высокой часто ты приводит к более равномерному распределению на грузки между зубьями, попеременной работе передней и задней кромок инструмента, а также уширению об разующейся в отверстии резьбы. Величина его практи чески не влияет на точность нарезаемой резьбы, однако значительно улучшает условия работы режущих зубьев метчика за счет уменьшения интенсивности явлений трения и схватывания и момента защемления.
Наложение ультразвуковых колебаний приводит также к изменению скоростей резания и углов, дейст вующих в процессе резания. Максимальная скорость