автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Формообразование мелкоразмерных режущих зубьев на стоматологических и слесарных борах ротационным обжатием инструментов в форме клина

Тульский государственный университет

ПО ОД

- - НОЯ 1399 На^хрукогоси

ЖАРКОВ ДМИТРИЙ НИКОЛАЕВИЧ

ФОРМООБРАЗОВАНИЕ МЕЛКОРАЗМЕРНЫХ РЕЖУЩИХ ЗУБЬЕВ НА СТОМАТОЛОГИЧЕСКИХ И СЛЕСАРНЫХ БОРАХ РОТАЦИОННЫМ ОБЖАТИЕМ ИНСТРУМЕНТОМ В ФОРМЕ КЛИНА

05.03.01-Процессы механической и физико-технической обработки. станки и инструмент _______

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тула 1999

Работа выполнена на кафедре «Инструментальные и метрологические системы» Тульского государственного университета.

Научный руководитель- доктор технических наун. профессор

Протасьсв Виктор Борисонич

Официальные оппоненты- доктор технических наук, профессор

диссертационного совета К063.47.01 Тульского государственного университета по адресу:

300600, г. Тула, пр. Ленина, 92, ТулГУ, ауд. 9—101.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тульского государственного университета.

Автореферат разослан октября 1999 года.

Федоров Юрий Николаевич,

кандидат технических наук , старший научный сотрудник

Копны Валерий Алексеевич

Ведущее предприятие - ООО «Технолотя-холяинг»

»/ /

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат техническ доцент

К7В1. ч20.12, О

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Стоимость стоматологических борон довольно высока из-за использования процесса шлифования зубьев «по-целому» на закаленной заготовке. Операция осуществляется на высокоточных, станках импортного производства квалифицированными рабочими.

Россия практически не выпускает оборудования для изготовления этой продукции и проведенное исследование может явиться основой д;ш разработки и изготовления конструктивно несложной оснастки для формообразования режущей части этих малоразмерных инструментов.

Применение предлагаемого способа формообразования рабочей части стоматологических боров ротационным обжатием позволяет снизить затраты на их изготовление, отказавшись от применения дорогостоящей технологии шлифования. Применяемое для реализации предлагаемого способа оборудование и инструменты второго порядка могут быть изготовлены на любом машиностроительном предприятии, имеющем инструментальное производство.

Производительность нового способа приблизительно в два раза выше по сравнению со шлифованием. Снижение технологических затрат и амортизационных отчислений при формообразовании рабочей части стоматологических боров позволяет предположить, что применение ротационного обжатия действительно позволит сделать эти инструменты одноразовыми. В первую очередь предлагаемый способ предназначен для обработки зубьев боров, используемых для изготовления протезов.

Формообразование рабочей части слесарных борфрез производится в основном фрезерованием и насеканием. Применение ротационного обжатия для обработки рабочей части этих инструментов диаметром 3..5 мм позволит не только снизить затраты на изготовление этих инструментов, как и в случае со стоматологическими борами, но и устранить ряд недостатков формообразования рабочей части, присущих насеканию. По мнению автора использование предлагаемого способа целесообразно даже в условиях мелкосерийного производства.

Связь работы с научными программами

Диссертация выполнялась в соответствии с международной научно-технической программой «Ресурсосберегающие технологии машиностроения»,- результаты работы использованы в рамках программы «Конверсия» по теме «Разработка комплекса малоотходной

технологии, используемой для производства заготовок стоматологических боров»

Цель работы.

Создание нового способа обработки мелкоразмерных режущих зубьев стоматологических и слесарных боров, превосходящего по возможностям формообразования и по производительности существующие способы обработки без снятия стружки.

Автор защищает:

-кинематическую схему ротационно-обжимнрго устройства с формозадаюхдим элементом (коноидом);

-методику профилирования формозадающего элемента ("коноида^;

-методику расчета элемен тов профиля формируемою зуба;

-технологию и технологическую оснастку для реализации предлагаемого процесса;

-рекомендации по практическому применению процесса ротационного обжатия для формообразования мелкоразмерных зубьев.

Научная новизна заключается:

•в обосновании возможности практического применения процесса ротационного обжатия для формообразования режущих зубьев на боковой поверхности рабочей части мелкоразмерных боров инструментом в форме клина;

• в создании методики определения геометрических параметров формируемого зуба;

• в разработке способа управления формообразованием;

• в установлении режимов обработки зубьев боров.

Практическая ценность:

Разработано и изготовлено ротационно-обжимное устройство для формообразования зубьев, предложена методика размерной настройки оборудования, методика профилирования инструментов второго порядка. Даны рекомендации по режимам обработки зубьев боров ротационным обжатием.

Апробация работы: Основные положения работы и ее отдельных частей доложены на научно-технических конференциях , проводимых в ТулГУ в 1996-J999 г.г.. международной юбилейной научно-технической конференции, посвященной 60-летию механико-технологического факультета ТулГУ в 1997 г.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано пять печатных рабо т.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов по работе, списка литературы и трех

приложений. В диссертации содержится 58 рисунков и 5 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность работы по использованию процесса ротационного обжатия для формообразования мелкоразмерных зубьев. Отставание стоматологии от других разделов медицины по переходу на одноразовые инструменты обусловлено высокой стоимостью обработки зубьев боров имеющимися способами.

В первой главе произведен анализ конструкций стоматологических и слесарных боров, на основании которого для апробации нового способа формообразования выбран ряд стальных инструментов с' цилиндрической рабочей частью и прямыми стружечными канавкам по ГОСТ 22090.1—93.

Произведен анализ существующих способов формообразования зубьев без снятия стружки: насекания и накатки.

Применение однократной ударной нагрузки при насекании создает внутренние напряжения, которые могут привести к трещинам н выкрашиванию зубьев. Насекание сопровождается приложением к заготовке значительных деформирующих усилий, способных повредить малоразмерную заготовку и уже сформированные зубья, что исключает применение этого способа формообразования зубьев для стоматологических боров.

На ГНШ1 «Сплав» предложен способ формообразования рабочей части стоматологических боров накаткой. В процессе накатки идет контакт без проскальзывания поверхностей заготовки и роликов, содержащих на боковой поверхности профиль, соответствующий формируемым зубьям. Производящая поверхность накатных роликов должна соответствовать форме рабочей части стоматологических боров, а технология изготовления таких роликов очень сложна. Вершины зубьев боров, получаемых накаткой, образуются за счет затекания металла заготовки во впадину ролика, что препятствует получению острой режущей кромки. По аналогии с накаткой резьб на вершинах зубьев возникает несплошность металла.

В настоящее прем я в машиностроении широко распространен процесс радиального обжатия, где формообразование можно выполнять за некоторое количество рабочих циклов. Радиальное обжатие осуществляется па специальных радиально-обжимных машинах. В основе их действия лежит принужденная жесткая кинематическая связь между роликом (или эксцентриком), толкателем, бойком и заготовкой.

По своим габаритным размерам и точности выполнения рабочая

часть стоматологических боров и слесарных боров малых диаметров допускает использование радиального обжатия, но малые размеры этих инструментов, наличие утоненной шейки накладывают ограничения на приложение деформирующих усилий и крутящего момента.

Во второй главе произведен анализ кинема тических схем процесса радиального обжатия: радиальной и ротационной.

Первая схема использует движение бойков (деформирующих инструментов) только в радиальном направлении. Достоинство схемы с 1-м движением-к заготовке не прикладывается крутящий момент. Недостаток-для формообразования рабочей части бора с использованием только радиального перемещения потребуется количество бойков, равное количеству формируемых режущих зубьев, что может привести к интерференции боковых поверхностей бойков, формирующих смежные канавки.

Вторая кинематическая схема (ротационная) использует линейное в радиальном направлении и вращательное движения бойков относительно заготовки (рисунок 1).

. Рисунок 1-Конструкция ротационно-обжимной машины: 1-коническое кольцо; 2-шпиндельная головка; 3-толкатель; 4-ролик; 5-боск; 6-заготовка.

Одновременное использование двух движений позволяет снизить число инструментов по отношению к числу формируемых зубьев. Совместное использование двух движений позволяет прикладывать к одной из сторон формируемой стружечной канавки дополнительное усилие с целью получения зуба требуемой формы. Ре1-улирование взаимного соотношения скоростей этих движений . является управляющим параметром формообразованием зубьев.

Малые размеры заготовки бора не позволяют проводить формообразование зубьев однократным воздействием, поэтому бойки должны внедряться в нее постепенно. Автором применен линейный закон роста глубины внедрения, так как выяснение зависимости крутящего момента, прикладываемого к заготовке от площади контакта бойка с ней и упрочнения ее поверхности является предметом отдельного исследования.

Простота обеспечения переменной степени обжатия, размерной настройки, малый рабочий ход инструментов делают кинематическую схему с одновременным использованием двух движений наиболее пригодной для формообразования зубьев боров.

Применение симметричной траектории движения инструмента-клина на входе и выходе из нее значительно сузит возможности управления формообразованием. Нужно применить копир с формозадающими элементами несимметричной формы, число которых равно числу зубьев на обрабатываемом боре. Меняя копир можно быстро переналадить оборудование на обработку боров с друпш числом зубьев. Контакт толкателя с роликами в сепараторе осуществляется по внутренней поверхности. Профилирование копира с внутренней поверхностью-сложная задача, поэтому применен копир с наружной рабочей поверхностью. Пространственные трехзвенные кулачковые механизмы с двумя степенями свободы копира (еще их называют коноидами) применялись в механизмах управления в 50-60-х годах. Их назначение-механическое воспроизведение функции двух независимых переменных. Коноид в таких механизмах имеет одно поступательное и одно вращательное движения (рисунок 2, а).

Копир (коническое кольцо с роликами) в ротационно-обжимной машине имеет 1 степень свободы, поэтому кулачковый механизм преобразован в 4-х звенный (рисунок 2, б), где каждый элемент имеет одну степень свободы. Этом механизм воспроизводит функцию двух независимых переменных:

где <р-угол поворота толкателя;

\У-угловое перемещение шпиндельной головки;

Рисунок 2-а) Кулачковый механизм с коноидом и коромыслом; б) Четырехзвенный кулачковый механизм с одной степенью свободы коноида: 1-шпиндельная головка; 2-коромысло; 3-основание;

4-коноид.

На основании этой кинематической схемы разработана конструкция механизма обжатия (рисунок 3). Толкатели 2 выполнены вращающимися. В парс толкатель-коноид применено силовое замыкание. Опорная площадка толкателя выполнена двояковыпуклой. Ее образующая и направляющая-дуги окружностей.

Рисунок З-Конструкция механизма обжатия: 1-шпиндельная головка; 2-толкатель; 3- боек;4-заготовка бора;

5-пружина; '6-ось толкателя; 7-корпус; 8-коноид; 9-точка контакта опорной площадки толкателя с поверхностью коноида.

Осевое перемещение коноида 8 и вращение шпиндельной головки I должны обеспечить плавное смыкание бойков 3 (показан один) при повороте толкателей 2. Заютовка бора 4 в процессе формообразования неподвижна.

Предложена методика профилирования коноида, основанная на его пространственном представлении в виде набора простых геомет рических элементов - прямых, каждая из которых лежит' л оссвой плоскости коноида (рисунок 4).

Рисунок 4-Предстаапение поверхности коноида набором прямых: 1-коноид; 2-набор прямых; 3-дисковый инструмент; 4-осевая плоскость.

Использование набора прямых делает возможной обработку на проход дисковым инструментом. Дисковый инструмент

перемещается по очереди вдоль каждой прямой, формируя ее нижней точкой своей образующей. После прохода инструмента вдоль прямой коноид поворачивают на ушл деления с1Ш и процесс повторяется

Для расчета требуемого угла поворота толкателя определена глубина стружечной канавки бора сЬ-с! (рисунок 5). Угол поворота толкателя расчитан с учетом радиальнош зазора а между точкой А и точкой С кромки бойка, формирующей прилежащий к торцу участок и полностью сформированной вершиной зуба.

Ф = 2 агсят

Рисунок 5-Расчет угла поворота толкателя.

Для определения свободного члена каждой прямей из набора выбрано базовое торцевое сечение коноида, профиль которого оказывает существенное влияние па процесс формообразования зубьев-в нем находиться точка контакта Мк опорной площадки толкателя в конце цикла формообразования зубьев бора (рисунок 6). Расчеч проведен в продольном сечении механизма обжатия.

Данное сечение представляется бесконечно топким дисковым кулачком, которым временно заменяется коноид.. По требуемому углу поворота толкателя (р определяют высоту профиля кулачка и угол наклона прямой X, касательной к опорной площадке

повернутого на заданный угол толкателя:

кчлток- е

Рисунок 6-Расчет параметров кулачка-диска и набора прямых: ц-угол наклона образующей конической заготовки коноида; Иг-радиус дуги окружности-направляющей опорной площадки толкателя.

/ „ „л

2Ак- 2М

X = аг<^

V Хм - ХМкУ

Этот угол принят постоянным для всех прямых, не принадлежащих поверхности заготовки, что упрощает обработку поверхности коноида (в процессе обработки угол наклона оси коноида к горизонту постоянен).

Задавая закон ускорения толкателя (применен косинусоидальный) и сектора подъема и опускания дискового кулачка, считают его профиль. По высоте профиля в каждой его точке [ считают координаты центра дуги окружности-направляющей площадки толкателя С (как точку пересечения дуги АМ с окружностью радиусом 1*1, проведенной из точки 0- Так как при постоянном значении угла X точка контакта Р; выйдет из плоскости кулачка-диска, ее координяты , соответствующие положению центра

дуги окружности-направляющей опорной площадки толкателя в точке С определятся:

Zp¡ = Zc + Rf sin Л,

XPi = Xc - Rr • COS X

Радиус-вектор, характеризующий i-ю прямую в произвольном торцевом сечении, отстоящем от оси толкателя на расстояние z¡, запишем:

r¡ = m - (tg X ■ zí + xpí - zi>i • tg X),

где m-расстояние между осью шпшщельпой головки и • осыо

толкателя.

Радиус образующей дискового инструмента (Rem*) 3 (рисунок 4) должен быть достаточно большим для правки при отсутствии подрезов соседних участков. Для этого в текущее торцевое сечение коноида нужно спроецировать след профиля дискового инструмента (эллипс) и определить возможность подреза в расчетных точках путем сравнения двух радиус-векторов с одинаковым полярным углом:

Ti/i+i > r¡+i (отсутствие подреза),

где пл+1- радиус-вектор, проведенный в точку следа профиля дискового инструмента, формирующую i-ю точку профиля и способную вызвать подрез в i+1-й точке. r¿+i- радиус-вектор, проведенный в i+1-ю расчетную точку профиля.

Моделирование взаимодействия поверхности коноида в виде пространственного набора прямых с толкателем предназначено для численного определения угла поворота толкателя при осевом перемещении коноида и вращении шпиндельной головки с целью последующего определения траектории бойка. Оно основано на поиске численным методом (дихотомии) точки касания текущей прямой, принадлежащей поверхности коноида и дуга окружносги-паправляющей опорной площадки толкателя.

Угол передачи S- между вектором равнодействующей скорости толкателя и плоскостью К, касательной к поверхности коноида в точке контакта (рисунок 7) определяет возможност функционирования пространственного кулачкового механизма:

ñV

sin О = -

• Iñllvl

Рисунок 7-Расчет угла передачи в кинематической паре толкатель-коноид.

Автор определил угол передачи пользуясь направляющими косинусами:

II

S =------arceos (cos av ■ cos an + cos pv • cos pn +

2

+ COS yv • COS y,i),

где av, Pv, уу-углы между проекциями в координатные плоскости вектора скорости толкателя и положительным направлением координа тных осей;

а„, Ра, уи-углы между проекциями «,. координатные плоскости нормято к поверхности коноида и положительным направлением

координатных осей.

При повороте толкателя па угол ср =3..4° и секторе подъема на коноиде 15 0 угол передачи не превышает 15..IX0 при максимально допустимом для таких механизмов 25..30 и.

Все этапы расчета проведены на ЭВМ. Разработан пакет программ па языке программирования QuickBasic 7.1, позволяющих расчитять глубину каталки бора, угол поворота толкателя, профиль дискового кулачка, параметры набора прямых, возможные подрезы при выборе радиуса образующей дискового инструмента Rtim*, провести моделирование взаимодействия толкателя с коноидом, расчитать угол передачи. ,

В третьей главе произведен анализ положений теории пластичности, касающихся внедрения клина в поверхность заготовки. В их основу положена1 модель геометрического подобия Р. Хилла (1950 г.). Согласно ей пластическая деформация возникает в точке под вершиной штампа и затем распространяется с сохранением геометрического подобия линий скольжения. Существующие теоретические . положения пе предусматривают многократное внедрение клина в боковую поверхность круглой заготовки в отличном от нормального направлении:

С точки зрения получения реж&цего зуба автором рассмотрена обратная задача формообразования-по заданным параметрам установки заготовки, геометрии и траектории движения инструмента определяется формируемый профиль. Из-за сложного характера движения вытесняемого металла передний угол и высота зуба определены экспериментально. Мехапизм формообразования рассмотрен в торцевом сечении (рисунок 8).

Зуб, получаемый ротационным обжатием, отличается по форме от насеченного: В результате воздействия клина на заготовку появляются новые поверхности: А-передняя, В-задняя и С-вспомогательная. «Намазывание»металла к поверхности А ведет к снижению переднего угла у по абсолютной величине и уменьшению радиуса скругления формируемой режущей кромки. . Задний угол а в . каждой расчетной точке формируемой задней noBepxnocii'i численно равен углу наклона правой стороны клина [3; при отхоле его от заготовки:

p2i = H/2-02-dWj,

где j-число расчетных точек участка отхода на коноиде.

Управление процессом формообразования зуба ротационным обжатием использует те же параметры, что и при насекании:

- левый профильный угол бойка гп;

- правый профильный угол бойка ст?;

- угол наклона к горизонта™ проекции в торцевую плоскость вектора равнодействующей скорости бойка т| (соответствует углу наклона стола насекального станка).

Ь X, 1

IV /ХТ? / А /<!3

г 1 /х/хщУ/

с / • РЕМ/глГ \ Гл 1

• 0 Щ-

_ Рисунок 8-Основные параметры формируемого зуб?.: У|-мроекция в торцевую плоскость вектора_результирующей скорости бойка при внедрении в заготовку; Уг-то же при отходе бойка от заготовки.

/ л тор определяет углы г|; на входе и т^ на выходе из канавки как угол I; клона отрезка, соединяющего две точки траектории вершины бойка, характеризуемые радиус-векторами г&-1 и га (рисунок 8). Эти точки получаются сечением торцевой плоскостью повернутой на

текущий угол ф.кромки бойка.

т|1 = агс1д

ген - сое dW - Гб

ген -5т dW

( г.-,, • со* (1\У-ГЬЫ

г|] = arctg

V Го] • ё\У )

Границы изменения угля г| путем назначения секторов кулячка-диска при заданной высоте его профиля. Ограничением является допустимый угол передачи в кинематической паре толкатель-коноид. На входе бойка в канавку ВС угол т];=70..80° при значении угла передачи &=20..25°, на выходе др85..89° при 9=30..40°. Рост угла передачи на участке отхода допустим из-за отсутствия внешней нагрузки и применения силового замыкания в кинематической паре толкатель-коноид.

Минимальные значения профильных углов клина бойка (о1=с?=20°) выбираются исходя из обеспечения прочности и достаточиош теилоотвода при заточке. Максимальные значения профильных углов (<71=25°; 02=30°) ограничены требуемыми геометрическими параметрами формируемого зуба.

При формировании зубьев мелких боров целесообразно управлять формой получаемого зуба изменением правою профильного угла клина Ст2. Из-за малого угла поворота толкателя (ф=3..4°) приращение значения проекции профильного угла в торцевую плоскость незначительно (при а=25..30° Аст=1..2'), поэтому проекции профильных углов приняты постоянными.

'Зависимость переднего угла зуба бора у от правого профильного угла клина бойка с,г косит линейный характер (прп т];=70..80°):

у = 0.48 а2- 19.1

В четвертой главе рассмотрена конструкция ротапионно-обяшмного устройства для формообразования зубьев. Для минимизации прикладываемого к заготовке крутящего момента устройство выполнено двухбойковым. Материал бойкоп-сталь Р9К5. Твердость рабочей части - НК( \ Ь2..ЬЬ. Твердость заготовки боря не должна превышать НВ 150.. 160.

Симметричность приложения усилий К отовкс достигаются последовательным обеспечением соосности ^гототнен и

шпиндельной головки и точным расположением кромок бойков относительно оси вращении шпиндельной шловки. Точное расположение кромок бойков обеспечивается снятием припуска с боковых сторон клина торцем чашечного круга. Боек вместе с толкателем уста на вливается в приспособление, позволяющее получать различные профильные углы. Контроль расположения кромки бойка относительно оси вращения шпиндельной головки производится на микроскопе в приспособлении, имитирующем узел оОжатия.

Частота вращения шпиндельной головки рекомендована в диапазоне 150..250 минПродолжительность формообразования рабочей части бора диаметром с1~1.6мм составляет 15 секунд. Глубина единичного внедрения бойка 0.003..0.006 мм. В качестве смазки заютовки использовано веретенное масло.

Передний угол у на сформированном зубе лежит в пределах -5..-10°. С ростом <зг угол у уменьшается по абсолютной величине. Задний угол а=45..55°. Радиус при вершине зуба лежит в пределах р=0.02..0.04 мм. Высота зуба при Глубине внедрения 0.3..0.4 составляет 0.1..0.2мм. Радиальное биение сформированной ; ¿бочей части бора относительно хвостовика не превышает ■значение, заданное ГОСТ 22090.1—«Инструменты стоматологические вращающиеся» (0.06 мм).

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана методика профилирования формозадающего элемента (коноида), позволяющая управлять траекторией бойков и формой зуба бора. Поверхность коноида представлена в виде пространственного набора прямых линий, что облегчает расчет и обработку его поверхности. Разработана методика определения параметров набора прямых по заданному максимальному углу поворота толкателя и требуемому закону его ускорения.

1 Разработана математическая модеггь взаимодействия толкателя с поверхностью коноида при его осевом перемещении и вращении шпиндельной юлоьки. включающая расчет угла передачи в кинематической паре толка;!ель-коноид с целью определения траектории бойков.

3. На основании анализа процесса насекания установлены параметры, влияющие на форму насекаемого зуба: профильные углы насекалыюго зубила и угол направления удара. Эти параметры приняты управляющими и исследуемом процессе. Разработана г. ?топика расчета параметров, определяющих положение клина < люсительно заготовки бора и- заднего угла формируемого- зуба.

Указаны пределы изменений значений параметров управления формообразованием. Экспериментально установлена зависимость переднего угла формируемого зуба от правого профильного угла клина бойка.

4. Разработана технология и технологическая оснастка для формообразования режущих зубьев на боковой поверхности-цилиндрических и колесовидных боров, включающая конструкцию опытно-промышленного ротационно-обжимного устройства, конструкцию инструментов второго порядка, методику их профилирования и размерной настройки оборудования.

5. Разработаны рекомендации для использования предлагаемого ■ процесса в производственных условиях.

ь. Проведенное исследование является основой для разработки и изготовления ' '.. конструктивно несложной оснастки для формообразования режущей части этих малоразмерных инструментов. Промышленности предложен новый способ формообразования зубьев стоматологических и слесарных боров, превосходящий существующие способы: шлифование-по производительности более чем в два раза, а накатку-по остроте режущих зубьев.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Жарков Д. Н. Технологические особенности формообразования мелкоразмерных профилей с использованием ротационной ковки // Известия ТулГУ. Секция «Машиностроение». Выпуск 1.- 1997,-с.131.

2. Жарков Д.Н. Формообразование мелкоразмерных профилей на телах вращения методом ротационной ковки // Сборник трудов «Прогрессивные методы проектирования технологических процессов, станков и инструментов» международной юбилейной научно-технической конференции, посвященной 60-летию механико-технологического факультета.-ТулГУ.- 1997.- сД22.

3. Жарков Д.II:, Протасьев В.Б. Применимость насекания как метода формообразования режущей часта борнапилышков // Совершенствование конструкций инструмента и метрологические аспекты производства .- ТулГУ.- 1996.- с. 60.

4. Жарков Д.Н., Протасьев В.Б. Формообразование мелкоразмерных периодических профилей на телах вращения ротационным обжатием// Техника машиностроения.- 1999,- №3(21 ).-с.26.

5.Жарков Д.П., Протасьев В.С. Ротационное обжатие мелкоразмерных периодических профилей II Сборник трудов

«Теория, технология, оборудование, автоматизация металлов давлением и резанием».- 1999. Вынуск 2.-е. 312.

обработки

Э-'С- о*

Подписано в печать . Формат бумаги 60x80 1/16. Бумага типографская N2 Офсемная печать. Усл. Печ. л. / . Усл. Кр.-отт. ^ / .Уч. изд. а О. Тираж /(?Лю. Заказ

Тульский государственный университет. 300600, г. Тула, пр. Ленина, 92 . Я^дакц»юнио-издательс««й центр Тульского государственного университета. 300600. г. Тула, уа Богщмва, 151

Введение.,. .Б

1 Конструкция стоматологических боров, слесарных борфрез и возможные способы формообразования их рабочей части без снятия стружки,.

1.1 Назначение и область использования стоматологических боров и слесарных борфрез.

1.2 Актуальность создания новой технологии производства стоматологических боров и слесарных борфрез.

1.3 Насекание напильников.£

1.4 Накатка зубьев стоматологических боров.

1.5 Ротационное обжатие и особенности его применения для формообразования рабочей части стоматологических боров и слесарных борфрез.£

Выводы...

2 Кинематика формообразования режущей части стоматологических боров и слесарных борфрез ротационным обжатием.

2.1 Принципиально-возможные кинематические схемы реализации метода.

2.1.1 Кинематическая схема с использованием только линейного перемещения инструментов в радиальном направлении (радиального обжатия).

2.1.2 Кинематическая схема с одновременным использованием линейного перемещения инструментов в радиальном направлении и вращения (ротационного обжатия).,

2 Предлагаемая кинематика процесса формообразования зубьев.

2.2.1 Анализ кинематической схемы, одновременно использующей линейное радиальное и вращательное движения инструментов относительно заготовки».

2.2.2 Методика профилирования коноида.

2.2.2.1 Определение угла поворота толкателя при заданной глубине стружечной канавки бора.

2.2.2.2 Определение осевого перемещения коноида при повороте толкателя на заданный угол ф.

2.2.2.3 Определение параметров плоского кулачка и набора прямых, проходящих через точки его профиля.

2.2.2.4 Выбор радиуса образующей дискового инструмента.

2.2.2.5 Определение высоты остаточных гребешков на поверхности коноида.

2.2.3 Моделирование взаимодействия коноида и толкателя.

2.2.4 Расчет угла передачи в кинематической паре коноидтолкатель

2.2.5 Обработка поверхности коноида и автоматизированный расчет его поверхности на ЭВМ.

Выводы.

3 методика расчета профилей, получаемых на телах вращения ротационным обжатием инструментами в форме клина.

3.1 Анализ процесса насекания напильников.

3.2 Анализ положений теории пластичности, касающихся внедрения в поверхность клинообразного штампа.

3.3 Основные положения процесса ротационного обжатия инструментами в форме клина.

3.4 Предлагаемая методика расчета параметров формообразования

3.4.1 Расчет радиус-вектора точки кромки бойка по углу поворота толкателя ф.

3.4.2 Расчет параметров, характеризующих движение клина относительно заготовки и отдельных геометрических параметров формируемого профиля при заданной геометрии и траектории бойка. Iii

3.5 Управление геометрическими параметрами формируемого профиля. Л

Выводы.

4 Практическая реализация процесса формообразования мелкоразмерных периодических профилей на телах вращения ротационным обжатием.

4.1 Конструкция ротационно-обжимного устройства.

4.1.1 Конструкция бойков (деформирующих инструментов) для формообразования мелкоразмерных профилей ротационным обжатием.

4.2 Точностные требования к ротационно-обжимному устройству. Функциональные поверхности устройства.

4.3 Профилирование бойков.

4.4 Проведение экспериментов.

Выводы.

Обычно в машиностроении обработка металлов осуществляется отделением части материала от заготовки в виде стружки. Этот метод нельзя отнести к разряду оптимальных, поскольку он связан с избыточным расходом дорогостоящих материалов. При изготовлении инструмента эта задача становится более актуальной в связи с высокой стоимостью инструментальных материалов.

При изготовлении малоразмерных инструментов процессы со снятием стружки затруднительно использовать в связи с тем, что режущие инструменты второго порядка тоже имеют незначительные размеры, что отрицательно сказывается на их эксплуатационных характеристиках, в частности на размерной стойкости.

Многократные наладочные работы не способствуют стабильности производства, поскольку параметры установки эти;-: инструментов приходится выдерживать с особой точностью. Применительно к стоматологическим борам и аналогичным по конструкции слесарным борфре-зам эти вопросы особенно важны, поскольку нужно использовать сложную кинематику формообразующих движений, что реально возможно с использованием оптических способов контроля. Так называемый метод пробных проходов здесь используется весьма ограниченно и поэтому при изыскании метода формообразования предпочтение следует отдавать способу с более устойчивыми эксплуатационными характеристиками.

Известны случаи, когда при обработке резьб та?: называемые механические процессы резания заменяются на накатку. При производстве слесарного инструмента типа напильников, слесарных ножовочных полотен используется процесс насекания и т.п.

Эти процессы более производительны и их кинематика предельно проста, что соответственно упрощает и используемое оборудование. Общей характеристикой отмеченных процессов является формообразование поверхностей за один рабочий цикл инструмента, что вносит определенные ограничения в область их использования.

В настоящее время широкое распространение в машиностроении получил процесс так называемого ротационного обжатия, где формообразование можно выполнять за данное количество рабочих циклов и которое по сведениям ряда авторов позволяет использовать большие степени деформации обрабатываемого объекта.

Автору неизвестны способы использования ротационного обжатия для получения малоразмерных изделий со сложным поперечным сечением и острыми режущими кромками, к типу которых относятся вышеупомянутые инструменты. Однако даже начальные сведения об этом процессе дают основание для его использования в отмеченной выше области и это обещает получение неоспоримых преимуществ, главным из которых является высокая производительность и относительная простота оборудования,

Целью работы является создание нового способа обработки мелкоразмерных режущих зубьев стоматологических и слесарных боров, превосходящего по возможностям формообразования и по производительности существующие способы обработки без снятия стружки.В связи с этим в диссертации ставятся следующие задачи исследования;

1. Анализ конструкций стоматологических боров, слесарных борфрез и возможных процессов формообразования зубьев этих инструментов без снятия стружки.

2. Разработка кинематической схемы формообразующих движений г« / — для формообразования зубьев боров на основе одной из схем радиального обжатия.

3. Разработка математической модели процесса профилирования мелкоразмерных зубьев стоматологических боров и слесарных бор-фрез инструментом в форме клина, включающей:

- выявление параметров, влияющих на процесс формообразования и назначение управляющих;

- приблизительный метод определения геометрических параметров сформированного зуба при использовании кинематики ротационного обжатия.

4. Разработка технологической оснастки и технологии для реализации предлагаемого процесса.

Научная новизна заключается: в обосновании возможности практического применения процесса ротационного обжатия для формообразования режущих зубьев на боковой поверхности рабочей части мелкоразмерных боров инструментами в форме клина; в создании методики определения геометрических параметров формируемого зуба; в разработке способа управления формообразованием; в установлении режимов обработки зубьев боров.

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ,

1. Разработана методика профилирования формозадающего элемента (коноида)5 позволяющая управлять траекторией бойков и формой зуба бора, Поверхность коноида представлена в виде пространственного набора прямых линий, что облегчает расчет и обработку его поверхности. Разработана методика определения параметров набора прямых по заданному максимальному углу поворота толкателя и требуемому закону его ускорения.

2. Разработана математическая модель взаимодействия толкателя с поверхностью коноида при его осевом перемещении и вращении шпиндельной головки, включающая расчет угла передачи в кинематической паре толкатель-коноид с целью определения траектории бойков.

3. На основании анализа процесса насекания напильников установлен ряд параметров, влияющих на форму насекаемого зуба : профильные углы насекального зубила и угол направления удара. Эти параметры приняты управляющими в исследуемом процессе. Разработана методика расчета параметров, определяющих положение клина относительно заготовки бора и задний угол формируемого зуба. Указаны пределы изменений значений параметров управления формообразованием. Экспериментально установлена зависимость переднего угла формируемого зуба от профильного угла клина бойка.

4. Разработана технология и технологическая оснастка для формообразования режущих зубьев на боковой поверхности цилиндрических и колесовидных боров, включающая конструкцию опытно-промышленного ротационно-обжимного устройства, конструкцию инструментов второго порядка, методику их профилирования и размерной настройки оборудования,

5. Разработаны рекомендации для использования предлагаемого процесса в производственных условиях.

6. Проведенное исследование является основой для разработки и изготовления конструктивно несложной оснастки для формообразования режущей части этих малоразмерных инструментов. Промышленности предложен новый способ формообразования зубьев стоматологических и слесарных боров, превосходящий существующие способы; шлифование-по производительности более чем в два раза; накатку-по остроте режущих зубьев.

1. Анурьев В,И. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3-х томах, 5-е изд., перераб, и доп.- М.: Машиностроение, 1979, Т, 1: 728 с.; Т. 2: 559 с,; Т.З: 557 с,

2. Артоболевский И,И, Механизмы в современной технике; Справочное пособие для инженеров, конструкторов и изобретателей, В 7-ми томах. Т.5; Механизмы с гибкими звеньями. Кулачковые и фрикционные механизмы. 2-е изд.- перераб. - М.: Наука, 1981.- 400 с,

3. A.c. 694363 СССР, МПК B25d 3/08, Устройство для насекания штифтов/А.И.Морозов, В.Н.Знаменский, Г.Я.Эглитис (СССР). Заявлено 01.07.77; Опубликовано 30.10.79. Бюл. МО -4 с.

4. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов, М.: Наука, 1980,- S76 с.

5. Гадасин М,М,, Лычагин Я.Я. Специальные напильники. М.: Машиностроение, 1966,- 104 с.

6. ГОСТ 2.105-95 Общие требования к текстовым документам.

7. ГОСТ 2789-73 Шероховатости поверхности. Параметры и характеристики,

8. ГОСТ 10316-78 (CT СЭВ 3224-81, CT СЭВ 3225-81) Гетинакс и стеклотекстолит фоль тированные.

9. ГОСТ 18934-73 Фрезы концевые сферические грушевидныетвердосплавные цельные для труднообрабатываемых сталей и сплавов.

10. ГОСТ 18935-73 Фрезы концевые сферические эллипсовидные твердосплавные цельные для труднообрабатываемых сталей и сплавов.

11. ГОСТ 18936-73 Фрезы концевые сфероцилиндрические твердосплавные цельные для труднообрабатываемых сталей и сплавов.

12. ГОСТ 18937-73 Фрезы концевые цилиндрические твердосплавные цельные для труднообрабатываемых сталей и сплавов.

13. ГОСТ 18938-73 Фрезы концевые конические твердосплавные цельные для труднообрабатываемых сталей и сплавов,

14. ГОСТ 19126-79 Инструменты медицинские металлические, Общие требования.

15. ГОСТ 22090.1-93 (ИСО 3823-1-86) Инструменты стоматологические вращающиеся. Часть 1 и 2.

16. ГОСТ 26634-91 (ИСО 1797-85) Инструменты стоматологические вращающиеся. Хвостовики. (Взамен ГОСТ 26634-85).

17. ГОСТ Р 50362-92 (ИСО 8325-85) Инструменты стоматологические вращающиеся. Методы .испытаний,

18. Джонсон У., Меллор П.Б. Теория пластичности для инженеров. Пер. с англ. Пер, Овчинников А.Г. М.: Машиностроение, 1979,-567с.

19. Ефимов Н.В, Квадратичные формы и матрицы,- М.: Физмат-гиз, 1963,- 160 с.

20. Жарков Д.Н. Технологические особенности формообразования мелкоразмерных профилей с использованием ротационной ковки // Известия ТулГУ. Секция "Машиностроение". Выпуск 1.- 1997.- с.131,

21. Жарков Д.Н., Протасьев В.Б. Ротационное обжатие мелкоразмерных периодических профилей // Сборник трудов "Теория, технология, оборудование, автоматизация обработки металлов давлением и резанием".- 1999. Выпуск 2 .-с. 312.

22. Любвин В.И, Обработка металлов радиальным обжатием, М.: Машиностроение, 1975,- 246 с.

23. Лындин В,А, Инструмент для накатывания зубьев и шлицевповышенной точности. M.: Машиностроение, 1388.-144 с.

24. Малов А.Н., Якушев А.И., Законников В.П. Краткий справочник металлиста. 2-е изд. М.: Машиностроение, 1971.- 768 с.

25. Олехнович Н.И. Обработка канавок конических борфрез с винтовым зубом // Станки и инструмент.- 1997.- №12.- с. 32.

26. Ординарцев И.А., Филиппов Г.Б., Шевченко А.H. и др. Справочник инструментальщика. Л.: Машиностроение. Ленинградское отд-е, 1987. - 846 с.

27. Пат. Ш488838 Франции МПК B23Î. Ротационная машина для формовки зубьев на цилиндрических заготовках.

28. Полянский А.П. Конструкция и эксплуатация напильников. М.: Изд-во ЦИНТИМАШ, I960.- 212 с.

29. Радюченко Ю.О. Комплексное решение вопросов развития технологии и оборудования для радиального обжатия// Кузнеч-но-штамповочное производство.- 1987.- Мб.- с.2.

30. Радюченко Ю.С, Обработка на ротационно-обжимных и ради-ально-обжимных машинах. Ковка и объемная штамповка стали. Справочник" в 2-х томах. Под ред. Сторожева М.В. М. .* Машиностроение, 1968.

31. Радюченко Ю.С. Ротационное обжатие (Руководящие материалы).- Воронеж; Изд-во ЗНМКМАШ, 1969, 56 с.

32. Радюченко Ю.С. Ротационная ковка.- М.: Машгиз, 1962, 185

33. Радюченко Ю.С. Ротационная ковка.- М.: Машиностроение, 1972, 175 с.

34. Радюченко Ю.С., Деордиев Н.Т. Машины для ротационного обжатия (Обзор), М. Изд-во НИИ информации по машиностроению, 1971, 99 с.

35. Рифтин Л.П. Общие вопросы геометрии поверхностей коноидов. Труды института машиноведения АН СССР, Семинар по теории машин и механизмов. Выпуск 63, 1956.

36. Родин П.Р. Основы проектирования режущих инструментов. М.- Киев. Машгиз. 1960.-159 с.

37. Роза Л.И., Егоров В.Г. Производство напильников.- М.: Машиностроение, 1981,- 144 с.

38. Ротбарт Г,А. Кулачковые механизмы,- Л,; Оудпромгиз, 1960.-355 с.

39. Румянцев A.B. Технология изготовления коноидов.- Л.: Оудпромгиз, i960.- 447с,

40. Семенченко И.И. Режущий инструмент. Конструирование и производство: в 3-х томах. Т.1. Главная редакция лит-ры по машиностроению и металлообработке, 1936.-554 с,

41. Семенченко И. И., Матюшин В.М., Сахаров Г.Н. Проектирование металлорежущих инструментов. М.: Машгиз, 1962, 952 с.

42. Соколовский В.В. Теория пластичности. М.: Высшая школа, 19В9.- 608 с,

43. Султанов Т.А., Саяпин Е.В. Резьбонакатывание комбинированным инструментом // Станки и инструменты.- 1989.-Ш.- с. 15.

44. Тарасов А.Н, Вакуумная химико-термическая обработка мелкоразмерного режущего инструмента /./ Станки и инструменты. -1993.- Ы5.~ с.20.

45. Уик Ч. Обработка металлов без снятия стружки. Перевод с англ. Викулова В.И. и Падогина A.A.- М.: Мир, 1965, 548 с,

46. Улановский 0.0, Механизация граверных работ. Л,: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1971.- 190 с.