Расчет скоростей резания сталей и сплавов при зенкеровании на основе исследования термомеханических явлений

Важнейшими задачами промышленности являются более полное удовлетворение потребностей народного хозяйства в средствах производства, а населения — в товарах народного потребления, интенсификация производства, повышение качества продукции на основе всемерного использования достижений научно-технического прогресса-с особой яркостью было подчеркнуто на ХХУ1 съезде Коммунистической партии Советского Союза [65]. Успешное выполнение поставленных партией задач возможно лишь при условии надежной работы всех звеньев производственно-хозяйственного механизма, занятого в металлообработке.

Здесь довольно часто сдерживающим фактором использования современного высокопроизводительного оборудования является недостаточная стойкость металлорежущего инструмента. Это связано с тем, что используемые в настоящее время методы определения обрабатываемости материалов резанием не могут дать нормативов, которые в полной мере отвечали бы требованиям автоматизированного производства. Кроме того, они весьма трудоемки и требуют значительного расхода обрабатываемого и инструментального материалов.

Применение рациональных технологических параметров процесса обработки, полученных на основе оптимизационных расчетов могут значительно увеличить производительность труда и обеспечить эффективность применения высокопроизводительного оборудования. Большой вклад в решение этих задач внесли теоретические и экспериментальные работы, выполненные отечественными и зарубежными учеными.

Однако, в связи с высокими темпами развития металлообрабатывающей промышленности, перед наукой о резании металлов встают задачи по оптимизации всех применяющихся методов обработки с целью дальнейшего повышения производительности труда, улучшения качества выпускаемой продукции и экономии дорогостоящего инструментального материала, в частности остродефицитного вольфрама.

Одним из широко распространенных методов обработки является зенкерование. Это предварительный или окончательный метод обработки просверленных, штампованных или отлитых отверстий. Возрастающая тенденция совершенствования технологии литья и штамповки, ведущая к уменьшению припусков для механической обработки, делает операцию зенкерования еще более ответственной.

Исходя из этого, вопрос определения обрабатываемости сталей и сплавов зенкерованием на основе достижений науки о резании металлов становится весьма актуальным. В его основу должен быть положен научно-обоснованный теоретический метод, дающий универсальные зависимости. Эксперименты же должны выполнять роль критерия при проверке установленных теоретических выражений. Как один из этапов в создании теории по данному вопросу можно рассматривать данную работу.

В работе анализируется имеющийся в литературе богатый экспериментальный материалвыявляются факторы, интенсифицирующие износ инструмента. Проведены теоретические исследования трехмерных температурных полей, развивающихся на контактных поверхностях зуба зенкера и в условной плоскости сдвигаустановлено влияние многолезвийности инструмента на температуру в зоне резания. Из теоретического уравнения баланса тепловой и механической энергией выведено уравнение обрабатываемости сталей и сплавов зенкерованием. Представлены теоретические формулы для определения составляющих силы резания, действующей на зуб зенкера, а также зависи' мости для расчета характеристик качества поверхностного слоя обработанных отверстий. Приведены результаты экспериментальных исследований по проверке теоретических зависимостей.

Диссертация состоит из четырех глав.

В первой главе выполнен анализ состояния вопроса определения обрабатываемости сталей и сплавов зенкерованием и других параметров процесса.

Вторая глава посвящена разработке расчетного метода определения скоростей резания при зенкеровании на основе теоретического исследования термо-механичееких явлений.

В третьей главе решаются задачи экспериментального исследования процесса зенкерования.

Четвертая глава посвящена практическому использованию резуль< татов исследований.

В приложении приведены алгоритмы программ вычислений, акт внедрения результатов диссертационной работы в производство.

ОБЩЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ.

1. Детальное исследование температурных полей на контактных площадках зуба зенкера и в условной плоскости сдвига показало, что пространственное (трехмерное) их рассмотрение может существенно сказываться на результатах расчетов. Особенно это проявляется при резании труднообрабатываемых материалов, для которых почти всегда РеВ <20.

2. Экспериментально полученная картина распределения температурного поля на задней контактной площадке зуба зенкера надежно подтверждает теоретические вьюоды.

3. Теплота, генерируемая в зоне резания, в немалой степени определяется ее подогревом от теплового воздействия впереди идущих зубьев. Особенно заметно это проявляется при работе зенкерами малого диаметра, имеющими фаску износа по задней поверхности.

4. Исследование сил резания при зенкеровании показало, что при их расчете необходимо учитывать силы трения, возникающие на ленточках, величина которых может составлять 10−15% от значения рассматриваемой силы, а также возрастание силы резания с ростом фаски износа на задней поверхности зуба.

5. Теоретическое изучение температурных полей в зоне резания, применение теории подобия и экспериментальные исследования износа твердосплавных зубьев зенкера позволили получить зависимости для расчеяа скорости резания, соответствующей миницуцу интенсивности износа 1Л и экономической скорости резания 1?, соответствующей минимуму себестоимости обработки. Расчеты показывают, что при зенкеровании труднообрабатываемых материалов скорости резания 1£и 1/э весьма близки.

6. При зенкеровании с оптимальными скоростями относительный линейный износ инструмента минимален, тангенциальная составляющая силы резания принимает минимальное или минимально-стабилизированное значение, формируются наиболее благоприятные показатели качества поверхностного слоя.

7. Высота микронеровностей, глубина наклепанного слоя и степень наклепа обработанной поверхности находятся в тесной взаимосвязи с термодинамическими условиями процесса зенкерова-ния и могут быть определены расчетным путем с помощью зависимостей, полученных теорет и ко-экспериментальным путем методами теории подобия.

8. Разработаны методики назначения и программа расчета на ЭВМ оптимальной и экономической скоростей резания при зенкерова-нии сталей и сплавов в зависимости от их механических и тепло-физических свойств, подачи и глубины резания, геометрии и стойкости инструмента.

9. Некоторые результаты исследований, полученные в работе, внедрены в промышленное производство с экономическим эффектом свыше II тысяч рублей в год.