автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Повышение производительности и качества обработки отверстий инструментом, оснащенным двумя неперетачиваемыми твердосплавными пластинами

1. Введение.

2. Обзор литературных источников.

2.1. Классификация коротких сверл с неперетачиваемыми твердосплавными пластинами (НТП) в зависимости от метода получения отверстия.

2.2. Сверла, работающие по методу деления ширины срезаемого слоя металла. II

2.3. Сверла, работающие по методу деления подачи.

2.4. Сверла, работающие по комбинированной схеме резания.

2.5. Влияние конструктивных особенностей сверл с неперетачиваемыми твердосплавными пластинами на качество обрабатываемых отверстий.

2.6. Способы повышения качества обрабатываемых отверстий сверлами, оснащенными НГП.

Повышение эффективности производства является самой главней задачей, поставленной перед машиностроением решениями ХП съезда БКП и ХХУ1 съезда КПСС. На первом месте конкретных задач, указанных в партийных документах, является эффективность

Широкое распространение автоматизированных производств и массовое внедрение станков с программным управлением вызвали необходимость разработки принципиально новых металлорежущих инструментов с высокими эксплуатационными характеристиками.

Весьма значительный удельный вес в современном машиностроении имеет обработка отверстий. Для выполнения сверлильных операций расходуются 384-40 миллиардов долларов, причем на заводах массового производства сверлильные станки составляют 204-25% общего станочного парка [12; 16] .

Область использования инструментов для обработки отверстий сплошного сверления охватывает диапазон диаметров в границах 0,05 4- 300 мм и интервал 1:10^, а глубина обрабатываемых отверстий изменяется от = (I 4- 300) [82] .

В последние 10 лет значительно повысились требования к точности отдельных деталей и узлов, материалам и конструктивным формам обрабатываемых изделий, что повлияло на увеличение цены одного машинного часа при сверлении, значительно изменились и расширились конструктивные формы и производственные возможности сверлильных инструментов [16 ; 56 ; 70 ; 86 ; 88].

Результаты, полученные К. Gurung , указывают на значительное увеличение использования специальных инструментов для обработки отверстий в сравнении со стандартными, приметаллообработки чем ожидается, что в 1984 году доля их использования достигнет 70% /18 ; 27 ; 37 ; 56/.

Анализ применения различных конструкций сверл показал, что спиральные сверла остаются все еще незаменимыми при обработке отверстий диаметром от I * 10 мм / 6 ; 9 ; 31 ; 53 ; 77 ; 92/.

По статистическим данным, 90% выпускаемых спиральных сверл имеют диаметр от 1,25 4- 10 мм, 5% - диаметр менее 1,25 и от 10 до 19 мм и лишь 1% - диаметр более 19 мм /60 ; 67 ; 82 /.

Спиральные сверла остаются инструментами для предварительной обработки отверстий /67 ; 82/.

В настоящее время конструкция спиральных сверл совершенствуется в следующих направлениях:

- уменьшение длины поперечной режущей кромки и увеличение переднего угла в ее зоне /9 ; 13 ; 14 ; 46/;

- введение подточки на передней поверхности /28 ; 33 ; 36;

38/;

- изменение формы и наклона винтовых стружечных каналов и увеличение пространства для размещения стружки / 39; 40; 46;54/;

На долю поперечной режущей кромки, согласно современным исследованиям /54/, приходится 50% осевой нагрузки, которая резко возрастает с увеличением диаметра инструмента. Сложные условия работы в зоне поперечной режущей кромки в большинстве случаев делают спиральные сверла непригодными для автоматизированной обработки отверстий диаметром более 20 мм /41; 56; 74/.

При обработке неглубоких отверстий с отношением также используем специальные сверла для глубокого сверления.

Этот вид обработки имеют следующие преимущества:

- рост производительности труда до 5 раз;

- повышение размерной точности и качества обработанной поверхности, что позволяет исключить финишные операции.

- б

Использование сверл для обработки глубоких отверстий взамен спиральных требует применения металлорежущих станков с высокой жесткостью, большей мощностью главного и вспомогательного двигателей и большего набора чисел оборотов /23; 28; 31; 53; 55; 70/.

Кроме высоких требований к металлорежущим станкам, стоимость одного инструмента для обработки глубоких отверстий в несколько раз выше стоимости спирального сверла, а для его эксплуатации необходимо использование специальной оснастки и системы для подвода и регенирирования СОЖ /65; 66; 69; 72/.

Из выполненных исследований следует, что использование сверл для обработки глубоких отверстий при выполнении обычных сверлильных операций только в определенных случаях яыляется экономически оправданным /17; 39/.

В середине семидесятых годов отмечено значительное улучшение качества твердых сплавов, причем повысилась их ударная стойкость, прочность на изгиб, тепло - и износостойкость /5; 45; 58; 68/.

Это способствовало разработке новых форм неперетачивае-мых твердосплавных пластин (НТШ, их внедрению в различных видах сверл /48; 52; 57; 68; 76; 94/.

Особенно высокие эксплуатационные результаты получены при использовании твердосплавных неперетачиваемых пластин с износостойкими покрытиями карбида 77 ; Та ; W , окисью алюминия Alz03 и многослойными покрытиями /44; 71; 76; 91/.

В настоящее время для обработки коротких отверстий ( L < 3D) диаметром более 20 мм разработаны так называемые "короткие" сверла на базе НТП /5; 43; 77; 84; 89/.

В "коротких" сверлах используется ряд особенностей сверл для глубокого сверления:

- разделение ширины среза между взаимно перекрывающимися режущими кромками, принудительный подвод СОЖ и отвод стружки.

От спиральных сверл заимствовано равновесие сил резания в плоскости, перпендикулярной оси сверла, а также форма хвостовика /58/.

Известные до сих пор инструменты для обработки отверстий на базе НТП обладают рядом существенных недостатков, а именно:

- наличие значительной радиальной силы, оказывающей влияние на точность обрабатываемого отверстия /64; 73/;

- низкая размерная точность при обработке /64; 83/;

- небольшая глубина обрабатываемого отверстия (~<3)/64/;

- использование только специальных НТП /64; 78; 93/.

Наличие этих недостатков вызывает необходимость подробного исследования конструкции сверл с НТП и их усовершенствования.

Настоящая работа посвящена решению этой проблемы: в частности, созданию методики конструирования сверл со стандартными неперетачиваемыми пластинами (СНП) и исследованию их работоспособности.

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Установлено, что в диапазоне диаметров 20,,,4Смм наиболее эффективным для сверления отверстий глубиною более трех диаметров является сверло с двумя НТП. При этом для предотвращения поломок НТП при выходе и входе сверла из обрабатываемого отверстия перекрытие НТП должно осуществляться по их радиусам округления.

2. Критерием работоспособности сверл С НТП является надежное дробление стружки, которое затруднено ввиду высоких скоростей резания. Максимальные режимы эксплуатации сверл (скорость резания до 4 м/с, подача 0,1 мм/об) ограничены не критическими температурами в зоне резания, а состоянием стружки.

3.Условия работы с НТГ1 во многом зависят от положения центральной НТП относительно оси сверла. Теоретически и экспериментально установлено, что при обработке отверстий диаметром от 20 до 40 мм сверлами с двумя НТП режущая кромка центральной НТП должна быть смещена относительно оси сверла на расстояние 0,25.0,4 мм.

4. Отклонение диаметра обработанных отверстий предложенным сверлом с двумя НТП определяется углом пространственного их расположения. Для получения минимального отклонения этот угол должен быть в пределах 41°. 43°.

5. Анализ напряженного состояния корпуса показал, что концентраторами напряжений являются углы стружкоотводных каналов. В них тангенциальные напряжения кручения вдвое больше среднего уровня напряжений по сечению корпуса. Определение абсолютных значений этих напряжений позволило рекомендовать в качестве материала корпуса сталь 45 (ГОСТ 1050-74).

6. Для повышения производительности труда целесообразно обеспечить синхронную смену НТП. Предложено и исследовано два способа обеспечения синхронной смены НТП. Применение HTII из различных инструментальных материалов и применение схемы резания с компенсацией износа периферийной пластины. Применение второго способа повышает точность обработанных отверстий и обеспечивает безрисочный вывод сверла из обработанного отверстия.

7. Увод оси обработанного отверстия возрастает с увеличением подачи сверла, практически пропорционально изменение подачи от 0,04 до 0,93 мм/об приводит к увеличению увода от 3 до 30 мкм. Подача в диапазоне 0,04;.0,1 мм/об не оказывает существенного влияния на некруглость обработанных отверстий.

8. На шероховатость обработанной поверхности значительное влияние оказывает длина корпуса сверла. Шероховатость поверхности отверстий при обработке предложенным инструментом (длина корпуса - максимальная, более б диаметров, подача - 0,12 мм/об) шероховатость в пределах 1,8 мкм.

9. На основании проведенных исследований разработан новый технологический процесс сверления отверстий глубиной более 3 диаметров, обеспечивающий: точность обработки - до квалитета JT8 у некруглость - 20 мкм, шероховатость обработанной поверхности Ra = 0,8. 1,2 мкм при скоростях резания до 4 м/с (240 м/мин) и подаче 0,08. 0,12 мм/об. Производительность обработки повышается в 5 f 10 раз в сравнении с известными конструкциями сверл, потребляемая мощность снижается на 10 4- 15 %.

10. Экономический эффект от внедрения предложенного технологического процесса обработки отверстий на Комбинате по производству экскаваторов (г.Каварна, НРБ) составил 7000 лв (7700 руб.) при обработке II000 отверстий в год.

1.Материали за изучаване решенията на X1. Конгрес на ЕКП,

2. Партиздат",София, 1981 I.Брежнев Л.И. Отчетен доклад на Щ на КШС пред XXVI Конгрес на Комунистическата партия на СССР и предетоящите задачи на Партията във вътрешната и външната политика."Партиздат", София,1981.

3. Металургия, 1978,184 с. ^ э.Вулф A.M. Резание металов.Л. ,Мапшностроене, 1973 496 С» v

4. Грановски Г.И. Кинематика процесса резания.М.,Машгиз, 1948,199 с. * З.Грановски Г.И.,Петрухин С.С. Расч:ет геометрически параметров ^ резцов оснасщенного неперетачиваемой пластиной. Известия ВуЗОВ, v' 1975 Р4,86-90 с.

5. Э.Дибнер Л.Г.,Шкурин Ю.П. Заточка спиралних сверл.М.Машиностроение i 1967, 153 с.

6. Зенкович О.Л. Метод конечних элементов в технике. М.,Мир, 1975, 169 с.

7. София, 1975, 338 с. '.Карамански Г.Д. Числени методи в промишлената механика. Техника,

8. София, 1976, 183 с. >.Минков М.Л. Технология изготовления глубоких и точних отверстий.

9. Остафьев В.А. ,Пономаренко А.И.Обработка точных отверстий в приборостроении.К. Техника, Киев, 1972. .Одел Д. Конечные элементы в нелинейной механике сплошних сред. М.,Мир, 1976,188 с.

10. Подураев В.Н. и др. СОЖ средство повишения производительности v при вибрационном сверлении нержавещих сталях. Известия вузов, Машиностроение,1965, №10,63-67 с.

11. Пономаров С.Д. и др. Расчет на прочность в машиностроении.М., Машгиз, 1956, том I, 238 с. • .Романов Ф.В. Режущий инструмент. "Станки и инструмент", 1976, №5, 16-18 с.

12. Стренг Е.Л.,Рине Дя- Теории метода конечных элементов, Мир, 1976, 183 с.

13. Троцкий Глубокое сверление.Машиностроение, 1971, 22-30 с. .Усачев П.А. Повышение износостойкости и прочности режущих инструментов. К. Техника, 1981, 160 с.

14. Филипов Г.В. Режущие инструменти. М., Машиностроение, 1981, 81-88 с. \/

15. Филоненко-Бородич М.М. и др. Курс сопротивление материалов. ч.П ГИТТЛ, Москва, 1956.

16. Шилоненко С.Н.,Гончар Ю.Н. Зависимость величины тангенциальной силы резания от диаметр обработки. Станки и инструмент.1962 №7,13-15 с.

17. Четвериков С.С. Металорежущие инструменти.М.,Высшая школа,1965. .Шатин В.П.,Шатина В.Ю. Справочник конструктора инструменталщика Машиностроение, Москва,1975.

18. Ящерницин П.И.,Еременко М.Л. Основы резания металлов и режупдей инструмент. Высшейшая школа, Минск, 1975 , 528 с.

19. Augstesen H. Bohren auf Ж.С. Drehmaschinen, "tferkstatt und Betrieb", No. 11, 106, 1973. 4

20. Armarego J.E., Ceng C.V. Drilling with Plat Rakeface and Conventional Twist Drills, "Experimental Investigation", 1972.

21. Berhard F. Cutting Tools, 1971. 47

22. Berry Pat. 6 Big Holes the Selidin Seconds, "Tol and Prob", No. 46, 87-89, 1980. V

23. Bohnet S. Borwerkzeuge mit Wendeschneidplatten aus Hartmetalien, "Maschinenmarkt", No.6, 73-76, 1981.^

24. Cornely H., Erfarungen mit Wendeschneidplatten beim Drehen, . "WT-Zind Feitig", 1974.

25. Cornely H., Mink G. Erfahrungen mit Wendseschneidplatten -Werzengen, Teilz "Werkstattstechnik", 70, No.12, 765-770,1980.

26. Dear H. Eine Systematic der Geometrischen Beziehungen am Spiralborer, "Ind. Anz", 1968.

27. Eckle 0. The Application of Drills with Throwaway Tips, "Ind and Prod. Ing.", No.3, 1978.

28. Eckle 0. Einbauelemente fifr den Eigenbau von Werkzeugen, "Werkstatt und Bertieb", No. 7, 113, 451-452, 1980.у/

29. Eckle 0. Zeit gemusse Bearbeitung mit Wendeplattenbohrern, "Werkstatt und Bertrieb", No.1, 115, 47-50, 1982. v/

30. Eugelhard W. Zer span krafte dei verschiedene spanisen Bearbeitugeverfaren Begriffe und Einflussgrossen, "Techn.Zlb. Prakt. nMetallbearb", 70, No.5, 125-157, 1976.

31. Fazenkas B. Die spanabhebende Formung und spanabhebende Werk-zeuge, Begriefe, Bezeichnungen und ihre Zuscnumenhange, "Neheziporimusz equet ktfze", 28 , 429-460, 1969.

32. Foragren I.E. Inenbearbeitung mit Hartuntalwerkzeugen, "Werks* tatt und Betr.", No.9, 111, 61 5-617, 1978.V

33. Franz P. Krafte au Sneide und FCfrungs beisten ven Tifloch-werkzeugmaschine", 1974. ^

34. Fridrich G. Hat der Spiralbohrer eine zukunft, "Ind.-Anz." 102, No, 100, 19-22, 1980. \f

35. Griffits B.J. Deephole Drilling Praesse and Surface Integrity Proc. 2nd Int. Conf. "Deep Hole Drill and Boring", Brunei Univ. s.i.s.a., A1-A12.5f» Gruring К. Neuere Entwicklungen bei der Bohrbearbeitung, ' "Werkstattstechnic", No. 12, 771-776, 1969. I/

36. Hoclin N.A. Plaquettes de Carbure", "Qtils-Qutileaqer", 19'

37. Kurt J?. Kurzbohrer mit Hartmetall an Stelle HSS-Spiral-bohrer, "Werkstatt und Betr. , 1976. V

38. Kluft W., JCnig W., Nakayama K. Present Knowledge of Ship Control, "CIRP Ann.", 28, No.2, 441-455, 1979. ^

39. Leunon J.T. Drilling the Right Way with an Indexable Drill, "Tol. and Prob.», 44, No.12, 64-66, 1979.

40. Malle K. Spanende Werzeuge, "Werkstattechnick", 67, No.12, 755-759, 1977. \/

41. Muller-Credes H., Schazf A. Hudrailische ., "Werkstatt und Betr." 113, No. 10, 679-681, 1980.

42. Nakawama K. Basic Rules on the Form of Ship in Metal Cutting, "CIRP-Hun", 27-1, 17-21, 1978.

43. Oestreisch G-. Bohrenius, Voile mit Wendeschneidplatten Bohrern, "Werkstattechnik", 10, No.69, 637-642, 1979.V

44. Osman M. 0., G-renner B. Entwicklung Stendenren eines BTA-Werkzeuges zum Bohren ins Voile, "Techn.zbl.prakt.Metalbear-beitung, 68, N0.5, 166-168, 1974.

45. Pfleghar P. Aspekte zur Konstruktieren G-estaltung von Tifborwerkzeugen, "Werkstattechnik", 67, N0.4, 221-218, 1977.'

46. Pfadt K.H., Walz H. Werkzeuge und Spanzeuge auf der 10 EuropSschen Werzeugmaschinen Ausstellung, "Werkstattechnik", 1968. V

47. Robert A., Henrich K. Werkzeugsisteme der spangebeuden Metallbearbeitung, "Integrirte", No. 12, 1973. V

48. Sakuma Keizo On Cutting Mechanism of Gun Drills Characteristics of the Torque and Thrust, "Met.Рас.Eng. Kyushu Univ.,28, N0.4, 263-276, 1969.

49. Sanders A.J. The Introduction of G-un Drilling to Diesel Pu.el Pump Element Darries, 1977. 1/

50. Schedber W. Neue Epoche in der Zerspanungstechnil. Nerladig Besichtete Schneidplatten Schweiz, "Maschinenmarkt", N0.52, 1974.

51. Stockert R., Weder V. Auslegung von einschneidigen Tiefbohr-werkzeugen mit zwei Linzelschneichen VDI-Z, 120, No.2, V 1057-1061, 1968.

52. Striegl Or. Der Spanungskr£fte und Momenta beim Bohren mit Wendeschneidplatten Volbohrern, "Werkstatt und Betr.", 114, No. 2, 103-105, 1981 . ^

53. Werkaraman R. Some Aspects of Drilling Netraling-Strength Steels Advances, "Mach.Tool Design and Res., 1967.

54. Winkelan J. Werkzeuge zur Bohrungsbearbeitung 9.32 Teil 2.1 Orientirungshielfe fur das Zerspanen, "Maschine", No.3, 1980.

55. Betrachtung zur Positionirgenanigkeit von Wenderschneidplat-ten , "Maschine", No.8, 1978.

56. Bohrer mit Wenderplatten, "Werkstatt und Betr.", 111, No.5, 304, 1978. V

57. Bohrwerkzeug mit Wendeschneidplatten, "Werkstattechnik", 69, No. 10, 636, 1979.

58. Bohrer mit Vierkant-Wenderschneidplatten zum Bohrenins Voile, "Technica" (Suisse), 28, No. 19, 2501-2502, 1979. V/

59. Drehen und Bohren mit neue Dimensionen durch Weiterentwidelte Schneidstoffe und Werzeuge, "Maschine", No. 12, 35-36, 1980. V

60. Extension to Sandvik Drilling Range, "Mach. and Prob. Eng."1973

61. Fundamental of Drilling, "American Machinist", 123, No.2, ^ 102-119, 1979.

62. Hertel KUB Wollbchrer Katalog, No. 8010, 1979. V

63. Indexable Insert Drill, "Automat.Mach.", 40, No.12, 57, 1979. .y

64. Kurzlachbohren mit unterschidlischsten Werkzeugen mb'glich, "Ind-Auz", 102, No. 100, 38-41, 1980.v

65. Metav 80, Ausstellung Metallbearbeitung Werk und Spanazeuge, Banelemente, "Ind-Auz", 102, No.39, 76-79, 1980.

66. Reduction, "MachProb", No. 245, 15-17, 1979. V

67. Zum Bohren ins Voile; Bohrer mit Vierkant-Wendeschneidplatten, "Maschine", 33, No.9, 1979.V

68. T-max Universal -Kurzlochbohrer in getelter Ausfuhrung verein facht, Anpassung an Machine und Verbessert die Wirtschaftlichkeit, "Ind. und Mach.", Rept. int. No.2, 95-96, 1979. \S

69. Wettbewerbsfahig durch Nutzung Technologischer Reserven, "Ind-Auz", 100, No.68, 50-73.

70. Werkzeuge fur Mehrfachbearbeitung, "Maschine", 37, No. 10, 44, 1980.- ш

71. Werkzeuge zum Spanen, "V/erkstattstechnik", N0.5, 362-364, 1980.

72. Wollbohrer mit Wendeschneidplatten, "tferkstattstechnik", 71, No.3, 538, 1981.v

73. Wenderplatten-Vollbohrer, "Technika"(Suisse), 29, Ho.25,2 6,1 980

74. Wollbohrer mit eingebauter Produktionssicharbeit, "Maschine", 32, Eo.3, 34, 1978.96.Пат.Н°- 4131383 /США/.<\/97. Пат.№4210406 /США/.98. Пат.№3963365 /США/.

75. Пат.№4124328 /0ША/. .00. Пат.№4268198 /США/.101. Пат.№4194862 /США/.

76. Пат.№4218162 /США/. L03. П&т.№3320833 /6ША/. L04- Пат.№2808866 /США/. L05. Пат.№2555979 /ФРГ/. V L06. Пат.№2902450 /ФРГ/. У L07. Пат.№2418690 /Франция/.с L08. Пат.№624249 /Швейцария/.109. Пат.№ 118542 /ГДР/.

77. Пат.№-4131383 /США/. L11. Пат.№2400405 /Франция/.

78. КОМБИНАТ ЗА БАЕЕРИ* КАВАРНА

79. ТЕЛЕФОНИ: ДИРЕКТОР 2149 . ПЛАСМЕНТ 2364 . СНАБДЯЯАНЕ 362Э u 3b?3 }АМ. ДИРЕКТОР ИВ 12301 ЗАМ. ДИРЕКТОР ТВ 21 57 ЗАМ. ДИРЕКТОР ПР 2129 . ГЛ. СЧЕТОВОДИТЕЛ 25ВЗ . ТЕЛЕКС 745ео СМЕТКА БНБ КАВАРНА -484300003-81. М-ШЗ, 15-11 .J0.1. Изх. №•1. ВАРНА1. Е К Е И

80. ЫАШИЕЕЕ 4АКУЛТЕТ катедра: "ТЕХНОЛОГИЙ НА кАШИНОСТРОЕКЕТО "служебна бележка

81. Еастоящата се дава на инж. ЕБСТАТИ ЛЕФТЕРОБ в уверение на това, че в Комбинат за багери гр. Наварна е внедрено свредло перово, разработено от инж. ЕЕСТАТИ ЛЕФТЕЮВ,

82. КОМБИНАТ ЗА БАГЕРИ-КАВАРНА

83. ТЕЛЕФОНИ: ДИРЕКТОР 2149 . Г1ЛАСМЕНТ 2364 . СНАБДЯВАНЕ 3623 ь ЗЬ*2 1АМ. ДИРЕКТОР ИВ 12301 ЗАМ. ДИРЕКТОР ТВ 21 67 ЗАМ. ДИРЕКТОР ПР 2129 ; ГЛ. СЧЕТОВЦЦИТЕЛ 2SB3 .ТЕЛЕКС 74Бво СМЕТКА БНВ КАВАРНА 4в43000С»3-в1. Изх. -/-i—L-19 12*1. АКТ ЗА ВНЩРЯВАНЕ

84. Издава се на шш.&встати Лефтерав Яефтеров за разработване и внедряване в производствато на"Комбинат за багери"гр.Каварна на конструкции свредла с непрэзаточващи се тзърдосплавни пластшш .

85. ТЕЛЕфОНИ: ДИРЕКТОР 2149 . ПЛАСМЕНТ 2364 . СНАБДЯ8АНЕ 3623 и ЗЫЗ JAM. ДИРЕКТОР ИВ 1230! JAM. ДИРЕКТОР ТВ 21 67 ЗАМ. ДИРЕКТОР ПР 2129 .-ГЛ. СЧЕТОВОДИТЕЛ 2БВЗ .ТЕЛЕКС 74Бво СМЕТКА БНБ КАВАРНА ДвДЗООООЗ-в1. Изх. №-/-19 —г.

86. А К Т 3 А Г) 1 Е Д Г л И Я II Е

87. Гл.счетовода reл: / /g. ректор:

88. D. Ог^пев/ 17 / */К.Лнев/ .