книги / Обработка резанием с вибрациями книга

уменьшение сопротивления сходу стружки, облегчение процесса стружкообразования и формирования поверх­ ностного слоя. Кроме того, при обычном резании в ре­ зультате пластической деформации на рабочих гранях

наростообразованию. Возбуждение же высокочастотных колебаний приводит к тому, что вместо трения покоя возникает трение движения, поэтому значительно сни­ жаются силы трения. Высокочастотные колебания при­ водят также к улучшению доступа в зону резания СОЖУменынение трения вследствие ультразвукового воздей­ ствия улучшает процесс стружкообразования закален­ ных малопластичных материалов, например титанового сплава ВТ 14. Угол сдвига повышается на 2—3°, сни­ жается коэффициент усадки стружки по толщине. На­ против, вследствие меньших наростов процесс струж­ кообразования при нарезании резьб метчиками с уль­ тразвуковыми колебаниями в вязких материалах типа стали XI8H9T протекает менее благоприятно, что при­ водит к увеличению поперечной усадки более чем в 2 раза и относительного сдвига. Это же приводит к некоторому увеличению упрочнения стружки, ее микро­ твердости [22].

Влияние амплитуды ультразвуковых колебаний на усилия резания, действующие при резьбокарезании, ис­ следовалось путем нарезания резьбы М12Х 1,5, непо­ средственно в сменном волноводе. Глубина нарезания резьбы равнялась lU длины волны, т. е. амплитуда в

процессе резания менялась от максимума до нуля. После врезания метчика на 1,0—1,5 нитки резьбы включались ультразвуковые колебания, одновременно производилась запись осциллографом крутящего мо­ мента и фиксировались показания ваттметра. У метчи­ ка были оставлены только 2—3 калибрующих витка, чтобы исключить их влияние по мере входа в резьбу.

Из рис. 107 видно, что по мере входа метчика в от­ верстие крутящий момент возрастает, затем остается постоянным и только начиная с длины, примерно рав­ ной 2/з нарезаемой резьбы, начинает возрастать. Отсю­ да можно сделать вывод, что изменение амплитуды ультразвуковых колебаний в широких пределах суще­ ственно не влияет на величину МКр; влияние этого

фактора становится заметным только при переходе к малым значениям амплитуд. Во всех случаях исполь­ зование ультразвуковых колебаний приводило к суще­ ственному снижению Мкр относительно обычного резь-

бонарезания, оно особо велико при обработке нержа-

Рис. 107. Зависимость крутящего момента от

амплитуды ультразвуковых колебаний при на­ резании резьб М14х1>5 метчиком из стали Р18

веющей стали Х18Н9Т. Так, если для стали 45 уменьшение МкР составляло 10— 12%, то для стали

Х18Н9Т 25—30%, для ЭИ654 — 30—40% [31]. Проведенные эксперименты показали, что для на­

резания резьб достаточна амплитуда колебании 5— 8 мк; при этом значении определялось влияние перед­

него угла на крутящий момент (рис. 108). Из него видно, что имеет место оптимальное значение передне­ го угла —5°, дающее наименьший крутящий момент. Следует отметить, что с изменением переднего угла меняется вид стружки и профиль резьбы. Так, при •у= -Н5° стружка получается в виде сложно деформи­ рованных кусков, а при у ——10°— в виде спиралей с

большим радиусом. Изменение профиля резьбы подоб­ но изменению у; оптимальные значениям переднего угла соответствует наиболее правильный профиль без заметного кратера. При наибольшем крутящем момен­ те размеры кратера также максимальные. Оптималь­

ное значение переднего угла для стали Х18Н9Т у—

——3°-=— 8°; для стали ЭИ654 -у= 5 — 10°; положитель­

ное значение переднего угла в последнем случае объ­ ясняется получением лучшей чистоты поверхности. При резьбонарезании в стали 2X13 снижение у ведет к уве­ личению Мнр. Наложение ультразвуковых колебаний для этой стали дает незначительное снижение Мкр (на

10—12%) и не приводит к улучшению профиля резь-

Рис. 108, Зависимость крутящего момента от переднего угла яри нарезании резьб М14Х1.5 в сплаве ВТЗ-1 метчиком из Р18, ip—W при vp =5 м/мин с охлаждением 42% хлорирован* ным парафином

Снижение суммарного Мкр при нарезании резьб с

осевыми ультразвуковыми колебаниями объясняется прежде всего снижением сил, обусловленных трением и защемлением зубьев метчика, а также улучшением условий подачи СОЖМаксимальное действие этих факторов проявляется при некоторой оптимальной амп­ литуде; для нарезания резьбы в титановом сплаве ВТ-14 она равна 2ЛЖ=0,010 мм, при больших ампли­

тудах становятся существенными пластические дефор­ мации режущего клина и резко повышается темпера­ тура. Все это вызывает повышенное защемление и схватывание метчика в отверстии. Подобным же обра­ зом влияет и скорость резания (рис. 109) [22]: повы­ шение ее в зоне низких скоростей приводит к возра­

зоне высоких скоростей вызывает повышенное налипа­ ние обрабатываемого материала и заваривание нитки резьбы. Повышение скорости резания {в опробованных

столь большой силы приводит к интенсивному наклепу поверхности резьбы.

Интенсивность воздействия ультразвуковых коле­ баний зависит также от конструкции метчиков. При обычном резьбонарезанин глухих отверстий в деталях из ВТ-14 резьбы М12Х1.5 острозаточекные метчики на­ греваются на 60—90 °С, а корригированные и шахмат­ ные— на 50—80ЭС ниже, чем обычные. Применение ультразвука наиболее эффективно для обычных мет­ чиков, особенно для второго комплекта. Так [22], тем­ пература по сравнению с обычным резьбонарезанием в диапазоне скоростей 3—6,5 м}шн снижается для иер-

колебаний оптимальных режимов приводит к улучше­ нию кинематических и физических особенностей про­ цесса: снижаются силы трения и в целом температура и крутящий момент, что позволяет применять углы за­ точки, дающие более прочную режущую кромку и и вместе с тем лучшую чистоту поверхности. Так, опти­ мальным передним углом по стойкости при обычном нарезании резьб в гайках из Х18Н9Т было +5°, при ультразвуковом нарезании —5°-.— 10°.

Промышленное применение метода нарезания резьб

сультразвуковыми колебаниями в осевом направлении

[31]осуществляется по двум схемам: с наложением ультразвуковых колебаний на вращающийся и посту­ пательно перемещающийся самозатягиваннем метчик и наложением ультразвуковых колебаний в осевом на­ правлении на обрабатываемую деталь, при этом мет­

чик вращается и подается самозатягиваннем в осевом направлении.

Достоинство первой схемы— сохранение универ­ сальности резьбонарезного станка, возможность наре­ зания резьб на деталях любых габаритов и форм. Су­

щественный недостаток этой схемы — более низкая

долговечность шпиндельного узла, прежде всего под­ шипников, непосредственно воспринимающих вибраци­ онную нагрузку. На установке этого типа были прове­ дены В. И. Захаровым и др. эксперименты по нарезанию резьб метчиками средних размеров — диаметром от 10 до 20 мм в деталях из меди, нержавеющей стали и

жаропрочного сплава с использованием в качестве СОЖ машинного масла или обычной эмульсии. Они

(примерно на 38%), При этом обеспечивается 2-й класс точности нарезанной резьбы, полностью устраняется явление заклинивания и поломки метчиков при обрат­ ном ходе, отсутствует заметное «выпучивание» профи­ ля резьбы, характерное для обычного резьбонарезания. Поверхность даже в вязких материалах (например,

меди) не имеет вырывов, характерных для обычного процесса без ультразвука.

Наибольшие затруднения встречаются при нареза­ нии глухих резьб малого диаметра в деталях из тита­ новых сплавов типа ВТ-14, где температура примерно

в 2 раза выше, чем при обработке стали XI8H9T. Раз­ работка этого процесса применительно к первой схеме резьбонарезания с ультразвуковыми колебаниями вы­ полнена в КуАИ. Она показала, что применение уль­ тразвуковых колебаний дает повышение скорости реза­ ния на 40—60% или увеличивает стойкость метчиков в 2—3 раза, снижает интенсивность явлений налипания

Вариант крепления гайка

Рис. ПО. Установка для нарезания резьб с ультразвуковыми коле­ баниями:

и заваривания впадины резьбы, улучшает чистоту по­ верхности на 1—2 класса и сохраняет точность обра­ ботки, что и при обычном резьбонарезании [22].

Промышленное освоение метода нарезания резьб на деталях из нержавеющих сталей по второй схеме: вра­ щение— шпинделя, осевые вибрации — заготовки вы­ полнено в МВТУ им. Баумана (рис. ПО) [31].

Стойкостные испытания при резьбонарёзании с

хлорированный парафин (42%). За критерий износа был принят износ /г3= 0,5 мм. Из рис. 111 видно, что

при ультразвуковых колебаниях износ вначале проте­ кает более интенсивно (на 10—15%), чем при обычном

метчиков. Наложение ультразвуковых колебаний умень­ шает влияние погрешностей изготовления инструментов на условия его работы, делая процесс более стабильным.

В настоящее время изготовление резьбы в деталях типа накидных гаек из нержавеющих сталей произво­ дится двумя метчиками. Обработка первым метчиком

1-го метчика удовлетворительная. Окончательный про­ филь резьбы нарезается 2-м метчиком вручную. По­ пытки механизировать эту операцию не дали положи­ тельных результатов из-за частых случаев срыва нитки

резьбы. При нарезании вручную 2-м метчиком стой­ кость на материалах Х18Н9Т и ЭИ654 в среднем 50 шт., что является недостаточным. Снижение скорости реза­ ния не дало положительного эффекта, так как на режу­ щих кромках происходит истенсивное налипание обрабатываемого материала.

При внедрении промышленной установки для наре­ зания резьбы с наложением ультразвуковых колеба­ ний были проведены эксперименты по отработке гео­ метрии метчика, рыбору режимов резания, подбору СОЖ и оптимальных параметров вибрации. Экспери­ менты проводились в заводских условиях на деталях типа накидных гаек с резьбой MI2XI.25 из стали Х18Н9Т. Годными считались детали с чистотой профи­ ля не ниже V 5 и точностью 2-го класса. Ультразвуко­ вые колебания задавались с частотой 20 кгц малой,

средней и большой интенсивности. Наиболее заметно влияние ультразвуковых колебаний большой интенсив­ ности с амплитудой порядка 8—15 л*к. Колебания на­ кладывались сразу после врезания метчика и выклю­ чались после реверсирования метчика, т. е. выход метчика происходил без колебаний. Были проведены опыты с выводом метчика без выключения колебаний,

с рисками и местными вырывами. Уменьшение перед­ него угла до — 10° дало улучшение чистоты поверхно­ сти резьбы до 5—6-го классов с одновременным уве­ личением стойкости. Между тем обычно применяемая заточка при нарезании резьб без вибраций с у = + 5 0, давая требуемую чистоту, резко снижала стойкость. Обычная калибровка вторым метчиком с у ——5°-=-

— 10° не давала хорошего результата по чистоте и приводила к резкому увеличению крутящего момента. Для ультразвукового нарезания резьб оптимальное условие показали метчики с передним углом у ——5°-г- -~— 10° и скоростью резания 8 м/мин. Сравнение мет­

чиков из сталей Р18 и Р18Ф2К8М показало, что при ультразвуковом резании последние имеют стойкость примерно в 1,5—2 раза выше (до 300 отверстий). В ка­ честве СОЖ для стали Х18Н9Т наиболее хорошие ре­