автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Повышение производительности резания ручными ножовочными полотнами для металла

На правах рукописи

Холодков Юрий Андреевич

ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ РЕЗАНИЯ РУЧНЫМИ НОЖОВОЧНЫМИ ПОЛОТНАМИ ДЛЯ МЕТАЛЛА

Специальность 05.03.01 - Технологии и оборудование механической и

физико - технической обработки

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Москва 2006г

003067861

Работа выполнена в ГОУВПО Московский государственный технологический университет «Станкин»

Научный руководитель-

- доктор технических наук, профессор Петухов Юрий Евгеньевич

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, профессор Григорьев Сергей Николаевич

- кандидат технических наук, доцент Михайлов Виталий Алексеевич

Ведущая организация:

- ОАО «ВНИИИНСТРУМЕНТ»

Защита диссертации состоится и^ су к* о 2007г в

часов

на заседании диссертационного совета К 212.142.02 при ГОУ Московский государственный технологический университет «Станкин» по адресу: 127994, г. Москва, ГСП-4, Вадковский пер., д. За.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУВПО Московский государственный технологический университет «Станкин».

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью организации, просим направлять в диссертационный совет по адресу: 127994, г. Москва, ГСП-4, Вадковский пер., д. За.

2007г.

Учёный секретарь диссертационного со!

Ю П. Поляков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы При производстве металлорежущих инструментов операции образования зубьев с необходимой геометрией - основные Получение геометрии зуба за одну операцию создает предпосылки к оптимизации и удешевлению процесса изготовления Получить геометрию зуба, в процессе выполнения одной операции, можно при способе насекания, которым, в основном, формируют зубья напильников

Насекание зубьев напильника, форма которого - брус, исследовалось д т н, проф И И Семенченко, вопросы по насеканию рассмотрены в работах А Н Полянского, С С Четверикова, И В Геллерта, М М Гадасина, Я Я Лычагина, М П Вицинско-го, О И Блока Производственный опыт насекания напильников обобщен Л И Розой, В Г Егоровым, Р Я Чередниковым, П П Костиным, Г Т Горобченко и др

Ручное ножовочное полотно для металла - стальная лента, на узкой стороне (или на обеих сторонах) которой, с равным шагом расположены зубья Зубья полотен обычно формируют способом фрезерования, реже - способом шлифования Данные процессы формообразования зубьев имеют ряд недостатков

- фрезерование - сложность группового зубообрабатывающего инструмента и трудоемкость его заточки и переточки, а также значительные силы резания (около 6000Н), обусловленные шириной обрабатываемой поверхности (от 300 до 315мм),

- шлифование - требует изготовления специального оборудования и существует опасность возникновения прижогов на зубьях, т к они формируются на полную глубину за один проход шлифовального круга

Насекание в сравнении с фрезерованием и шлифованием имеет преимущества

- в использовании простого по конструкции инструмента - насекального зубила,

- в формообразовании одновременно всей геометрии зуба

В настоящее время известны только данные по формообразованию зуба насеканием на заготовке в виде бруса Реализация формообразования зуба на заготовке в виде ленты дает возможность освоить новый вид продукции на насекальном оборудовании, технические возможности которого, позволяют получить геометрию зуба ручного ножовочного полотна для металла без разводки

Зуб ручного ножовочного полотна для металла может иметь нулевой, положительный или отрицательный передний угол, а задний от 35° до 40°

Для предотвращения заклинивания полотна в разрезе и облегчения работы делается разводка

Разводка - это отгибание зуба в сторону, для образования угла между боковой поверхностью зуба и стенкой реза Разводка зубьев полотен может быть двух видов по полотну (волнообразная) или по зубу Разводка, в ряде случаев, мало эффективна, например, часто при разводке по полотну (волнообразной) она не ориентируется на шаг зубьев, поэтому на вершинах «волны», могут располагаться и канавки между зубьями

Ручные полотна для металла широко применяются не только в промышленности, но и являются товарами народного потребления Отечественные полотна «МЗИ» (Миньяровский завод инструментов), «ЗУБР» Мытищи и др, а также полотна из республики Беларусь имеют, в основном, геометрию зуба передний угол у = 0°, а задний а = 40° и разводку по полотну В настоящее время на рынке вместе с этими полотнами широко представлены полотна зарубежных производителей «ULTRA» Франции; «GLOBUS» Польши, «SWORDFISH» и «ЭНКОР», КНР, «BANCO» Швеции «EBERLE» и «KRAFT» Германии и др Большинство зарубежных инструментов имеют геометрию зуба у — - 4° - 6°, а — 35° 38°, которая делает зуб прочнее, но одновременно уменьшает площадь сечения канавки между зубьями, и разводку по зубу Основной недостаток любой разводки неравномерность нагрузки зубьев при работе

Разводка по зубу уменьшает, но не устраняет неравномерность нагрузки зубьев Неравномерность нагрузки зубьев ручных ножовочных полотен для металла ведет к неравномерному износу зубьев и потере производительности резания

Повышение производительности резания ручным полотном для металла, за счет устранения недостатков разводки зубьев - актуальное направление исследования Устранить недостатки разводки можно при формообразовании зубьев насеканием Целью работы является повышение производительности резания ручными полотнами для металла

Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи

1 Исследовать влияние вида разводки на производительности резания полотна

2 Определить условия, при которых возможно применение насекального оборудования для формирования зубьев полотна

3 Определить возможность образования при машинном насекании главных и вспомогательных углов зуба, а также высоту подъема зуба над поверхностью обработки

4 Выявить максимальную глубину проникновения инструмента, в обрабатываемую поверхность, без образования трещин у ножки зуба

Методы исследования имеют теоретический и экспериментальный характер, при проведении исследований использовались положения теории обработки металлов и проектирования режущих инструментов, применялось компьютерное моделирование перемещений насекального зубила и математическая обработка результатов экспериментов

Научная повизна состоит

- в математической модели процесса формообразования зубьев ножовочного полотна насеканием, учитывающей форму канавки между зубьями и углы резания, а также направление и закон перемещения формообразующего инструмента для вариантов пластического и комбинированного его взаимодействия с поверхностью насекания,

- в математической модели формообразующего инструмента, учитывающей параметры его установки, углы и симметричность профиля, а также форму канавки между зубьями и углы резания ножовочного полотна,

- в установленных связях между общей высотой и величиной подъема насеченного зуба, а также углом при вершине зуба и вспомогательными углами,

- в установленных связях вида разводки и формы зубьев и углов резания ножовочных полотен с производительностью резания

Практическая ценность работы заключается

- в рекомендациях по проектированию насекального инструмента, учитывающих возможность получения положительного, нулевого и отрицательного переднего угла профиля насеченного зуба, и обеспечивающих повышение прочности формообразующего клина и стабильность процесса насекания,

- в рекомендациях по модернизации станков (Патент РФ № 2279336) для формирования зубьев способом насекания, обеспечивающих возможность их использования для изготовления ручных ножовочных полотен,

- в рекомендациях по проектированию управляющего кулачка, обеспечивающих повышение производительности насекания

Степень обоснованности научных результатов. Основные положения и выводы работы базируются на корректном использовании данных теории резания, проектирования режущих и пластичности металлов, применительно к процессу насекания, а также элементах математической статистики Результаты исследования процесса насекания зубьев полотен подтверждены практическими результатами

Внедрение результатов работы. Исследования и опытные образцы выполнены на ОАО «СИЗ «ТВИНТОС», г Серпухов, опытные партии ОАО «МЕТАЛЛИСТ» г Сосновское и «ЛИЗ» г. Луганск

Апробация работы. Основные положения и материалы диссертационной работы докладывались на заседании кафедры ««Металлорежущие и метрологические системы» ТулГУ, кафедре «Инструментальная техника и технологии формообразования МГТУ «СТАНКИН», на Международной научно - технической конференции « Инструментальные системы - прошлое, настоящее, будущее» в 2003г и Международной юбилейной научно - технической конференции «Наука о резании материалов в современных условиях» в 2005г ТулГУ

Публикации. Материалы диссертационной работы и основные результаты экспериментальных исследований отражены в 6 статьях

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, библиографического списка, приложений

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложено обоснование актуальности темы диссертационной работы, ее научная новизна, сформулирована цель работы и определены задачи для ее достижения и практическая ценность

В первой главе выполнен анализ параметров полотен, как зарубежного, так и отечественного производства, определен порядок исследования

Существующие способы формообразования зубьев полотен, связаны с удалением части металла для канавки, при этом на зубе, формируются только главные передний и задний углы

Для предотвращения заклинивания инструмента в разрезе, сокращения трения на боковых сторонах и облегчения работы на ножовочных полотнах выполняется разводка.

Разводка - это отгибание зуба в сторону для образования угла между боковой поверхностью зуба и стенкой реза В настоящее время разводка выполняется двух видов по зубу или полотну Отечественные полотна имеют разводку по полотну (волнообразную), а зарубежные, в основном, разводку по зубу

Виды разводки и схемы срезаемых припусков каждым зубом, шириной Ь/, равной толщине полотна, высотой а при ширине реза В приведены на рис 1

Разводка по зубу выполнена по схеме два смежных зуба через один неразведен-ный Ширина реза, образуемая вторым и третьим зубом, получается при удалении слоев разной высоты, при этом отношение высоты составляет 2 3 (рис 1а)

Рис 1 Виды разводок и схемы срезаемых припусков, а) разводка по зубу, б) разводка по полотну

Разводка по полотну (волнообразная) имеет шаг волны, который составляют семь зубьев Первый, четвертый и седьмой зуб находятся в вершине волны, а отношение удаляемых слоев - 2 3 4 2 4 6 (рис 16) Неравномерная высота, удаляемых слоев, приводит к неравномерной нагрузке зубьев, что ухудшает работу полотна Работу полотна определяет время реза образца (по ГОСТ 6645 - 86 «Полотна ножовочные для металла» - это время реза образца сталь 45, твердость 180 . 190НВ, сечение 10x10мм)

Испытания полотен проводились на модернизированном для этого станке мод 939 Для оценки влияния разводки на время выполнения реза выполнено по 40 резов семи полотнами

а) «GLOBUS» Польша, с разводкой по полотну с углами у = - 50±10, а = 35°±1°,

б) «ULTRA» Франция, с разводкой по зубу с углами у = - 5°±1°, а = 35°±1°

По данным испытаний среднее время реза полотнами с разводкой по зубу на 10 секунд меньше, чем у инструментов с разводкой по полотну Среднеарифметическое время выполнения 1, 5, 10,15, 20, 25, 30, 35 и 40 реза семи полотен «ULTRA» и «GLOBUS» приведено на рис 2 Влияние на производительность выполнения реза главного фактора (вида разводки), определено однофакторным дисперсионным анализом

Значимость влияния вида разводки на время выполнения резов определялась по значимости выборочной дисперсии

Количествово резов —•-"ULTRA" —«-"GLOBUS" |

Рис 2 Результаты испытания полотен «GLOBUS» и «ULTRA» у = -5°±1°, а = 35°±1°

Дисперсии S2ф сравнивается с дисперсией воспроизводимости S"™, обусловленной случайными факторами Проверка значимости оценок дисперсий проводилась по одностороннему критерию Фишера, если F-, = S2^ /S2ош > Fl-p, то различие между дисперсиями и значимо, следовательно, значимо влияние вида разводки

Дисперсионный анализ показал, что при разводке по зубу F, = 5,84 > Fl-p = 1,95, а при разводке по полотну F,= 6,4 > Fl-p = 1,95, т е влияние вида разводки значимо, следовательно, изменения времени реза (производительности) от числа совершенных резов носят неслучайный характер, а определяются видом разводки, при этом полотна с разводкой по зубу работают на 13% - 15% производительнее полотен с разводкой по полотну

Зарубежные полотна имеют геометрию профиля зуба отличную от геометрии, которую рекомендует ГОСТ 6645 - 86 у = 0°, а = 40° Геометрия профиля зуба влияет на размер канавки между зубьями Размер канавки должен обеспечить условия хранения и транспортирования стружки до выноса ее из зоны резания Канавка имеет две зоны, где затруднено размещение стружки Первая зона - между верхней частью задней поверхности зуба и обрабатываемой поверхностью, вторая - у ножки зуба Стружка, в основном, размещается в зоне

-8-

у вершины со стороны передней поверхности зуба Часть этой зоны, площадь окружности с радиусом г ~ 0,2?, называют полезной площадью канавки 5ПИ,

5Гт = я (0,2/)г, (1)

где г - шаг зуба

Профиль канавки отечественных полотен - прямоугольный треугольник площадью

(2)

где а - главный задний угол зуба

Объем канавки полотна толщиной 8п,

у = 8- р 1еа (3)

2 4 '

Полезный объем канавки У„„,

К„„ = * Ы (4)

Отношение полезного объема к объему канавки выразим коэффициентом к,

к = 0,25 <Ле,сс (5)

При резании полотном стружка увеличивается в объеме

С учетом увеличения объема стружки, а также для создания гарантированного запаса полезного объема впадины, нужно иметь полезный объем канавки, который определяет коэффициент т,

V

т= "" , (6)

4,5 Ут' К '

где 4,5 - коэффициент увеличения объема стружки, Ут - объем металла За рабочий ход на длине а, зубья с шагом I удаляют металл толщиной Ьрх,

К, = Ь-^а (7)

где Ьх 1 - толщина слоя металла, снимаемого одним зубом

Объем металла Уг[, снимаемый одним зубом на длине обработки а,

в (8)

Объем стружки, снимаемой одним зубом,

Уст „, ~ 4,5 5П а, (9)

подставляя в (6) и, преобразуя (4 и 9), коэффициент т,

0,028 г2

6., а

Толщина ¿>21, зависит от глубины Ь реза и числа зубьев, участвующих в работе

-9-

(10)

Количество зубьев определяет длина I хода полотна и шаг I зубьев

(П)

п I

ГОСТ 6645-86 для испытания полотна с шагом зубьев (= 1,0мм установил Ъ = 10мм, I = 150мм и п = 48 двойных ходов, из (11), Ъг\ = 0,0014мм

Расчеты показали, что геометрия зуба {у = -5°±1°, а = 35°±1°) в сравнении с геометрией (у= 0°, а = 40°) уменьшает общую площадь канавки на 20% - 22%, но это не влияет на ее полезную площадь Одновременно за счет увеличения угла на 6°- 8° у ножки зуба увеличивается пространство для размещения стружки в этой зоне

Испытания показали, что разводка по зубу улучшает работу полотна, но не исключает неравномерной нагрузки зубьев, а также повышенного трения и износа по боковым поверхностям полотна

Дальнейшее направление исследований направлено на определение условий, позволяющих сформировать зуб ножовочного полотна с вспомогательными задними углами и углами в плане на боковых сторонах способом насекания

Во второй главе выявляются ограничения, которые препятствуют насеканию зубьев на заготовках полотен и приводятся решения, устраняющие эти ограничения Первоначальные попытки насекания зубьев на заготовках в виде ленты в режиме насекания заготовок в виде бруса не дали положительного результата заготовки гнулись, имели смятие и разрывы поверхности насекания, процесс насекания был неустойчив

Прижим поверхности насекания силой Р\ имеет линейный контакт Ъ шириной от 0,1 до 0,3мм Это вызывает большие напряжения, предельно-допустимая величина которых регламентируется, так называемым, контактным напряжением [сгтах]

Для полотен используется лента (сталь Х6ВФ) толщиной а = 0,65мм в отожженном состоянии с [егя] = 900 МПа (900Н/мм2)

Количество - п одновременно насекаемых заготовок полотен можно определить по (12), приняв силу Р\ =1000Н, Ь ~ 0,30мм и [<ттах] = [сгв] = 900[Н/мм2], количество п заготовок полотен

"=г-т-г (12)

Ках] « Ь

Из (12) п = 1000 / 900 0,65 0,30 = 5,7 Принимаем и = 6 Длина поверхности насекания 6а = 3,9мм не обеспечит устойчивого положения насекаемой поверхности относительно зубила в процессе работы Увеличение количества заготовок, как и

уменьшение ширины контакта Ь, увеличит количество одновременно насекаемых заготовок, что, в свою очередь, потребует большей силы для насекания Для исключения влияния силы прижима и возможности обрабатывать разное количество заготовок, предложено устройство прижима, которое позволило насекать заготовки с узкими поверхностями рис 3 (Патент РФ № 2279336)

Рис 3 Устройство прижима, насекание узких поверхностей, 1- прижимной рычаг, 2 - прессовая лапка, 3 - ось, 4 (5, 6) - узел крепления, 7 - оправка, 10 - болт, 11 - рычаг, 12 - пружина растяжения, 13 - натяжной винт, 14 - гайки, 15 - фиксатор, 16 - регулировочный винт; 17 - стопор

Отличие данного устройства прижима, от применяемого при насекании заготовок в виде бруса, в изменении усилия прижима на поверхность насекания и схемы распределения силы от веса станка Две, симметрично расположенные опорные поверхности прессовой лапки 2, передают усилие прижима Р-, на поверхность приспособления 19, а не на поверхность заготовок 22, что обеспечивает разгрузку заготовок от силы Р, Одновременно обеспечивается правильное положение насекаемой поверхности заготовок 22, относительно лезвия зубила 18

Заготовки в пакете могут быть разделены прокладками или набраны без них Боковой прижим заготовок можно обеспечить, например, клином 20 посредством болта 21 или другими способами

Расчет необходимых статических сил для проникновения клина инструмента в тело заготовок в виде бруса был выполнен в 40-50-х годах прошлого века применительно к напильникам

14

Для установления взаимосвязи между динамическими силами - у, углами клина зубила - <р, глубинами его проникновения - к в тело заготовок полотен, а также длинами линий контактов были проведены исследования Для глубин проникновения от 0,1 до 1,3мм, углов клина зубила <р = 50° и 60° и длин линий контакта Ъ = 10 и 12мм, методом интерполяции, построены графики изменения статических сил Я&, в зависимости от глубины проникновения к рис 4

зоооо

20000

о 0 1 ,,0,3 0 5 0 7 0,9 1,1 1,3 К мм

0,84

Рис 4 График изменения силы Яа от глубины к, 1 - <р — 50°, 2 - (р - 60°, Ял - сила давления клина зубила, Н, <р - угол заострения рабочего клина зубила, град, Ъ - длина линии контакта; к - глубина проникновения, мм

Анализ изменения статических сил показал, что уменьшение угла ф снижает величину силы Яй в среднем на 11% , что соответствует коэффициенту к0 - 0,889 Динамическая сила

ЯАу=Ял-к^ /7, (13)

где г/ = 5/9 - коэффициент удара Преобразуя (13), можно принять значение силы Ялу при угле <р = 50°

11^*0,5%, (14)

ф~ 50" (р= 60°

Результаты расчетов сил Я&, Я^у при глубине к табл 1

Силы Яй; Я,

(1у

Таблица 1

Глубина к, мм Сила, Н

Яб,<Р=6 о° <р - 50°

Ь = 0мм

0,70 15500 7750

0,88 19000 9500

1,10 22000 11000

1,40 22000 12000

Ь = 12мм

0,70 22500 11300

0,88 26000 13000

1,10 31500 15500

1,40 34000 17000

При постоянной глубине проникновения зубила в тело заготовки, изменение длины линии контакта на 0,10мм, изменяет силу на 220 ± 20Н

При постоянной длине линии контакта, изменение глубины на 0,10мм, изменяет силу на 800 ± 5 ОН

Формообразование зубьев насеканием возможно, если работа, совершаемая ударным механизмом станка больше работы, которую необходимо затратить на проникновение зубила на заданную глубину в тело заготовки

Работа ударного механизма зависит от силы предварительной деформации пружины при настройке Р\ — 1580Н, силы принудительной деформации в процессе работы (профилем кулачка) Рг, зависящей от жесткости пружины X — 120Н, массы падающих частей в — 48Н и от высоты падения насекальной головки 5 = 0,5 5,5мм Полная работа (энергия) ударного механизма

\¥т= (Р,+Р2) 5+О-(Р,+7Я) Я+СЯ-Р, Я+г-^+СтЗ, ( 15) При насекании полотен по формуле (15)

УГт=1580Б+120£2+48 8 1630 Б+120 £ ^120 Б (14+Б) (16) Работа ударного механизма И7,,, и необходимой работы в зависимости от суммарного влияния глубины проникновения и длины контакта рис 5

Процесс формообразования зубьев полотна насеканием можно рассматривать

а) как процесс холодной пластической деформации металла,

б) как комбинированное взаимодействие, когда при рабочем ходе начальный

УУпз; теп; Н*мм; I =1 мм

1

2

>2 0,6 0,9 12 5 5 1.8 2 1] 2 4 2 7 3 0 3,3 3.6

1 2 3 4 5 6 7

5, мм

I п шт

8 9 10 11 12

Рис 5 График зависимости от высоты падения 5, (1),

график зависимости Жп от количества заготовок п (2)

процесс резания прекращен на стадии получения корней стружек, когда у них сформировалась геометрия и форма зуба

Рабочий ход - движение зубила вниз к поверхности полотна задает профиль кулачка, который имеет два участка Первый участок управляет перемещением зубила из исходного положения до поверхности насекания, второй - проникновением клина зубила на заданную глубину Далее кулачок поднимает зубило в исходное положение

При насекании полотен после окончания рабочего хода, зубило должно возвращаться в исходное положение с большей скоростью, чем скорость подачи заготовки, чтобы уменьшить деформирующее воздействие зубила на переднюю поверхность зуба, вследствие непрерывной подачи заготовки

Для комбинированного взаимодействия зубила 1 с заготовкой 2 и шага зубьев 1 мм предлагается расчетная схема на рис 6

Перемещение заготовки 2 вычисляют по формуле

Ф° I Р

где 5ХВ - перемещение ползуна от ходового винта, <рк угол поворота кулачка, 3 - передаточное отношение цепи подачи, Рхв- шаг ходового винта

Рис 6 Расчетная схема, комбинированное взаимодействие, 1 - зубило, 2 - заготовка, а — 40° - задний угол, г = 1мм - шаг зуба, Ялу - сила удара, Ух = 17° - передний угол зубила, Уо - начальный параметр установки зубила,

хо - горизонтальное перемещение заготовки от точки О до точки»

50° - угол заострения зубила, ¥\ - скорость заготовки,

К- перемещение зубила от точки О/ до точки Е,

а,\ угол наклона линии перемещения зубила на участке врезания, 8 - угол между задней поверхностью зуба и линией перемещения зубила на участке врезания

Из расчетной схемы величина перемещения Хо

Х„ = У0 Бт^,,

где У0 - начальный параметр установки зубила, у\ - передний угол зубила Угол поворота ера кулачкового вала вычисляют по формуле

Г0 вшГ,

<Р»

; р.

360п

Угол аI наклона линии перемещения зубила на участке врезания

а, = aгctg

I - У0 вт/,

(18)

(19)

где t - шаг зуба, а - задний угол зуба.

Угол 5 между задней поверхностью зубьев полотна и линией перемещения зубила

( ' (21)

sin/,

Перемещение Кр на участке рабочего хода по линии О -А о - О

J Р Ф°

На участке подъема Кп (линия Oi - О2)

(3600 —ф^) — <р„

■+•/.. J I —

^ Cos ух

KnjLMlL+v

(23)

(360 -<рр) + <рв

где >рк„< (360° - <Рр) - текущий угол поворота кулачка на участке подъема

В третьей главе приводятся результаты исследования процесса ручного насекания полотен при комбинированном взаимодействии зубила с заготовкой

Исследование процесса ручного насекания позволяет решить следующие задачи а) получить сведения о формообразования зубьев, соответствующие реальному процессу насекания, определить величины передних и задних углов при вершинах зубьев полотна и их заостренность, а также величины вспомогательных задних углов боковых поверхностей режущих зубьев,

б) избежать разработки чрезвычайно сложной математической модели процесса насекания, т к формообразование зубьев только на части передней поверхности использует процесс копирования формы зубила, а вершин зубьев, задних и боковых задних поверхностей происходит за счет деформации металла,

в) внести коррективы в форму и размеры зубьев полотна, исходя из рационального течения процесса насекания,

г) определить наличие дефектов (или их отсутствие) в районе ножки зуба, Для реализации процесса ручного насекания предложено устройство рис 7 Устройство позволяет, при вращении поворотной стойки 2 относительно оси 6,

изменять угол - а спинки на зубьях При внедрении зубило 4 перемещается на величину Д в направлении стрелки, далее зубило возвращается в исходное положение

Заготовка раскрепляется, сдвигается по пазу на шаг зуба, и цикл повторяется Эксперименты выполнялись при разных углах а наклона поворотной стойки В начале, в качестве заготовки, использовалась свинцовая пластина

Насечки выполнялись при удалении друг от друга вдоль заготовок, не менее 3-х шагов с целью исключения взаимного влияния

-16-

Рис 7 Устройство, исследование процесса насекания, 1 - стойка, 2 - поворотная стойка, 3 - втулка, 4 - зубило, 5 - контргайки, 6 - ось, 7 - болт, 8 -заготовки, 9 - болт; 10 - установочный винт

В результате экспериментов был получен задний угол при вершине зуба а0» 3°, а на боковых поверхностях вспомогательные углы а.\ да 6°.

Установлено, что увеличение угла спинки уменьшает как высоту зуба, так и величину подъема металла над поверхностью насекания

Насечки на стальных пластинах выполнялись одновременно на двух стальных заготовках с прокладкой, чго позволило насекалыюму зубшгу самостоятельно устанавливаться относительно поверхности насекания

Углы а„ и «/ табл 2, высота и величина подъема зуба табл 3

Углы а„ и а/

_Таблица 2

Зуб 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

5,8° 5,4° 5,2° 5,2° 5,9° 6,0° 6,2° 6,4° 6,0° 5,8°

3,2° 4,2° 3,8° 3,6° 3,9° 5,2° 4,6° 6,1° 4,8° 6,1°

I продолжение таблицы 2

Зуб 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

5,8° 5,9° 6,0й 5,3° 5,3° 5,6° 5,8° 5,9° 6,1° 6,0°

«1 3,4° 3,8° 3,9° 4,2° 5,2° 4,3° 4,3° 5,0° 5,2" 5,0°

Высота и величина подъёма зуба.

Таблица 3,

Зуб 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

к 0,38 0,39 0,38 0,35 0,40 0,40 0,38 0,38 0,37 0,37

ЛИ 0,12 0,11 0,11 0,12 0,12 0,13 0,11 0,11 0,1 1 0,12

Зуб 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

И 0,38 0,39 0,41 0,40 0,40 0,40 0,38 0,38 0,39 0,40

Л и 0,11 0,11 0,13 0,12 0,12 0,12 0,11 0,11 0,12 0,12

Данные табл. 2-3 показывают, что при вершине чуба образуется задний угол «,, = 5,5°, а на боковых поверхностях вспомогательные углы а, - 4 . Значение вспомогательного угла представляет собой среднеарифметическое значение двух величин: заднего угла левой и правой кромок. Установлено, что при проникновении зубила в тело заготовки до 1,5 мм дефектов в зоне ножки чуба не обнаружено на рис. 8.

Рис. 8. Шлиф, глубина проникновения 1,5мм. Увеличение 50Х.

Подъем металла над поверхностью обработки составляет около одной трети от общей высоты зубьев Результаты о высоте подъема зуба и углах анализировалась с помощью компьютерного математического пакета МаЛсаё 13 на наличие коррекци-онной связи, анализ показал корреляцию между углом а„ и задним углом а\ (г= 0,417) и между общей высотой зуба И и величиной подъема зуба ЛЬ (г = 0,667)

В четвертой главе предложены методики определения углов зубила и угла профиля кулачка, исключающего работу пары кулачок-толкатель в режиме, когда подъем толкателя, может начаться до завершения проникновения зубила в тело заготовки Приведены результаты исследования полотен с насеченными зубьями

Одним из преимуществ насекания является использование для формообразования зуба простого по конструкции инструмента - насекального зубила (рис 9)

Рис 9 Расчет углов зубила, комбинированное взаимодействие, 1 - зубило, 2 - заготовка, t - шаг, а и у- углы зуба, Я, Я' - угол наклона оси зубила, у\, уъ у'ь у'г - углы клина зубила, У„ - начальный параметр установки зубила, Хо, Ха - горизонтальное перемещение, <р - угол заострения зубила,

д, 3 - углы между задней поверхностью зуба полотна и линией перемещения точки а, у0 - высота подъема зуба, <Х\, а'\ - угол наклона линии перемещения зубила на участке врезания,

(О - угол наклона опорной поверхности зубила

Профиль рабочей части зубила имеет угол у, между передней гранью зубила и осью, проходящей через вершину и угол у^, между задней гранью зубила и той же осью Прочность клина зубила определяет угол профиля <р,

(Р = У\+У1, (24)

в зависимости от переднего угла у зуба полотна передний угол у, зубила

П = Р±Г, (25)

где Р - угол наклона стола (поверхности насекания), знак минус перед углом у для у > 0°

Из (25) следует, что для положительного переднего угла зуба полотна, зубило должно иметь передний угол у! меньше угла Р на величину переднего угла

У насекальных станков угол наклона стола (поверхности насекания) /7= 17° Проведенный анализ показал, что уменьшение угла у/ снижает прочность клина зубила, т к под действием постоянной ударной силы, возникает вибрация зубила и возможно проскальзывание его по поверхности насекания

Это может привести к скалыванию клина зубила и повышенным потерям времени на замену и переточку зубила, а также к ухудшению качества обработки

При проведении испытаний установлено, что из условия сохранения равнопроч-ности клина зубила и для нормального протекания процесса формообразования зубьев полотна, желательно иметь угол - у\ зубила больше угла при этом значения углов у! и уг должны быть равны Это можно обеспечить, применяя патроны для крепления зубила с углами наклона опорной поверхности со до 5°

При использовании патрона с углом со > 0° передний угол у\ зубила,

у, = Р+ф (26)

Для положительного переднего угла у зубьев полотна необходимо у< со, тогда у,

у =(Р + со)±у, (27)

знак минус для угла у > 0°

При комбинированном процессе взаимодействия зубила с заготовками для расчета переднего угла у\ зубила используются формулы (24-27) При использовании патрона с углом со > 0°, а также при переменном переднем угле - у на зубе полотна, угол у2 может быть определен по формуле (28),

у2 = (90° - со-а-8) ±у, (28)

где а - заданный задний угол зубьев полотна, град, 5- угол, угол наклона линии перемещения точки а, град (рис 9), у\ ~ передний угол клина зубила, град, знак минус перед у для у > 0°

Зубило начинает рабочий ход - движение вниз, после выхода выступа кулачкового вала из-под толкателя Толкатель попадает в нерабочую зону вала и остается в ней до начала подъема насекальной головки в исходное положение Если подъем насекалыюй головки начнется раньше, чем завершится рабочий ход, может создаться встречное соударение толкателя с кулачковым валом, что называют работой в режиме «зависания»

Данный режим не допустим Исключить работу пары кулачок-толкатель в режиме «зависания» можно при достаточной величине угла нерабочей зоны 3 Время * поворота кулачкового вала на один оборот, сек ,

t = 60 / п, (29)

где и — частота вращения кулачкового вала

Окружная скорость V кулачковог о вала радиуса г, ммхсек

V— 3,14 г п /30 -0,105 г п, (30)

Скорость Урх насекальной головки от силы пружины Р„р определяется, ммхсек'1

У,„ = Р„р ? 1000/ т (31)

где т = в / g- масса падающих частей, II, О - вес падающих частей, Н, £ - ускорение свободного падения, мхсек"2 Примем скорость V — Ур*

0,105 г п в = Рпр Г я 1000, (32)

где Рпр - сила пружины от предварительной деформации, Н, 1000 - переводной коэффициент в миллиметры

Выразим время ¡гг,, 3, соответствующее повороту кулачка на угол Qm, нерабочей зоны, сек

tQ■m = 60 • 0*„з /и 360° =е°и,/6° • п (33)

Подставив в (29) время (у„л, выразим угол нерабочей зоны Q т

0°т = 6° п2 0,105 г в / Р„р ■ я 1000 (34)

-21-

Дня кулачка г = 19мм, в = 4,8кг, Рщ, =1580Н, п = 882мин *', расчетный угол нерабочей зоны 3° С учетом ширины рабочей поверхности толкателя и возможного увеличения частоты вращения кулачка угол нерабочей зоны принят от 25° до 30°.

В процессе производственных испытаний выявилось, что необходимо было максимально нагружать рабочую пружину для начального проникновения лезвия зубила в тело заготовки, что приводило к быстрому износу толкателя В связи с этим был скорректирован расчет участка профиля, управляющего перемещением зубила из исходного положения до его внедрения в тело заготовки полотна

Уточненный профиль кулачка для комбинированного взаимодействия для шага зубьев 1 мм приведен на рис 10

Для начального проникновения клина зубила в поверхность заготовок на глубину до 0,25мм на профиле кулачка был предусмотрен спад высотой 0,8мм, после угла 27,5° До угла 109° отсутствует изменение профиля После угла больше 109° сохранены зависимости расчета для комбинированного взаимодействия зубила и заготовки

Полотна «МЗИ» сравнивались с полотнами с насеченными зубьями, полученными при использовании кулачка (рис 10) и углами при вершине зуба ав = 5,5°, «1 = 4° и профиля у = - 4°±1°, а = 37°±1

Испытываемые полотна имели равную твердость зубьев (82ЬША), прошли испытания на упругость и сцепляемость по ГОСТ

Для оценки времени выполнения реза было выполнено по 40 резов 14 полотнами с насеченным зубом и разводкой по полотну По данным испытаний среднеарифметическое время выполнения реза полотнами с насеченным зубом на 14 секунд меньше, чем у полотен «МЗИ» Данные полотен с насеченным зубом обработаны на компьютере с помощью программы МаЛсас! 13 Итоговые данные, полотна с насеченным зубом табл 4

Итоговые данные, полотна с насеченным зубом

Таблица 4

Номер Время, сек. Кор 1 реляционный график (х) = а+Ьх

полотна 10 реза Ср ариф (по 40 резам) По корр графику f(x) = а+Ьх Суммарное 40 резов сек. 103 а Ь коэфф корр

1 53 57,320 51,706 2,290 46,350 0,535 0,993

2 52 54,470 50,248 2,188 46,008 0,424 0,980

3 52 55,800 51,903 2,230 48,190 0,371 0,992

4 52 55,925 52,085 2,237 48,427 0,366 0,998

5 54 56,500 52,174 2,260 48,054 0,412 0,975

6 55 58,950 52,058 2,358 50,769 0,399 0,991

7 53 57,550 52,229 2,302 47,162 0,507 0,992

8 54 56,325 52,615 2,253 49,342 0,341 0,969

9 52 55,925 52,085 2,237 48,427 0,366 0,998

10 54 56,350 52,664 2,254 49,154 0,351 0,976

11 53 56,800 52,462 2,272 48,331 0,413 0,973

12 51 54,625 51,500 2,185 48,523 0,298 0,974

13 49 54,125 48,722 2,165 43,577 0,515 0,974

14 49 51,775 48,634 2,071 45,642 0,299 0,964

Результаты сравнительных испытаний полотен «МЗИ» и полотен с насеченным зубом на рис 11

Количество резов

—Насеченный зуб -»-■"МЗИ"

Рис 11 Результаты сравнительных испытаний полотен «МЗИ» и полотен с насеченным зубом

Результаты сравнительных испытаний полотен «МЗИ» сопоставимы с результатами испытаний полотен «GLOBUS» (рис 2)

Результатов испытаний показал, что полотна с насеченным зубом работают на 19% - 21% производительней, чем полотна с разводкой по полотну

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

В настоящее время формообразование профиля зуба ручных ножовочных полотен выполняется за счет удаления части металла для канавки Для сокращения трения и износа на полотнах выполняется разводка (принудительное отгибание), которая может быть по зубу или полотну (волнообразной)

Разводка по зубу уменьшает, но не устраняет трение и неравномерность нагрузки зубьев, участвующих в работе, в сравнении с разводкой по полотну Повышенное трение и неравномерность нагрузки зубьев влияет на снижение производительности выполнения резов

1 Проведенные экспериментальные испытания показали, что при одинаковой геометрии зуба, полотна с разводкой по зубу работают производительнее на 13% -15%, чем полотна с разводкой по полотну, влияние на время выполнения последовательных резов вида разводки - значимо

2 Проведенные экспериментальные исследования и производственные испытания показали, что перераспределение воздействия силы от веса станка с поверхности насекания на поверхность закрепления полотна (Патент РФ № 2279336) исключает продольную и поперечную деформацию тела полотна и обеспечивает параллельность поверхности насекания лезвию зубила

3 Проведенные экспериментальные испытания полотен показали, что максимальную производительность обеспечивали полотна с задними углами на вершине зубьев а„ = 5,5° и вспомогательными задними углами на боковых сторонах = 4°

Указанная геометрия зуба, была получена зубилом с симметричным профилем (угол при вершине 52°) и использовании патрона для крепления зубила, с углом опорной поверхности 5°

4 Проведенная компьютерная обработка результатов экспериментальных исследований показала, что корреляция между общей высотой зубьев полотен и величиной подъема металла относительно начальной поверхности (г = 0,667), а также задним углом при вершине и вспомогательными углами на боковых поверхностях зуба (г = 0,417), позволяет прогнозировать значения вспомогательных задних углов и вспомогательных углов в плане насеченных зубьев

5 Проведенные производственные испытания показали, что назначение угла нерабочей зоны профиля кулачка в диапазоне от 25 е до 30° исключает подъем толкателя до завершения проникновения зубила в тело заготовки

6 Проведенные экспериментальные испытания показали, что полотна с насеченными зубьями работают на 19% - 21% производительнее, чем полотна с разводкой по полотну

7 Результаты работы использованы при насекании ручных ножовочных полотен и узкой стороны плоских напильников на ОАО «Металлист» г Сосновское и др

Основные положения диссертации отражены в следующих публикациях:

1 Холодков Ю А, Протасьев В Б Насекание зубьев ленточных слесарных инструментов // Известия ТулГУ Серия «Машиностроение» Вып 2 Тр междунар науч конф Тула ТулГУ, 2003-с 231-235

2 Холодков Ю А , Протасьев В Б Формирование зубьев при способе насекания - процесс пластической деформации металла, комбинированный процесс механопла-стической обработки металла // Известия ТулГУ Серия «Машиностроение» Вып 2 Тр междунар науч конф Тула ТулГУ, 2003 - с 333-341

3 Протасьев В Б, Илюхин С Ю, Холодков Ю А Компьютерное моделирование процесса насекания зубьев ножовочных полотен // Известия ТулГУ Серия «Машиностроение» Вып 2 Тр междунар науч конф Тула ТулГУ, 2003 - с 224 -226

4 Холодков Ю А Моделирование процесса насекания зубьев ножовочных полотен // Известия ТулГУ Серия «Инструментальные и метрологические системы» Вып 1 ч 1 Труд Междунар науч - техн конфер Тула ТулГУ, 2004 - с 67-71

5 Холодков Ю А Расчет профиля кулачка при механопластическом взаимодействии зубила и заготовки в процессе насекания зубьев ножовочных полотен// Известия ТулГУ Серия «Технология машиностроения» Вып 2 Тула ТулГУ, 2004 - с 182-185

6 Холодков Ю А Углы заточки клина зубила и геометрия зубьев слесарных полотен, полученных способом насекания // Известия ТулГУ Серия «Инструментальные и метрологические системы» Вып 2 Труд Междунар науч-техн конфер Тула ТулГУ, 2006-с 167-169

7 Патент РФ № 2271902 В230 65/02 (2006 01) Способ изготовления зубьев ножовочных полотад Холодков Ю А , Рубан И В, Протасьев В Б, Спиридонов Э С Опубликовано 20 03 2006 Бюл № 8

8 Патент РФ № 2279336 В23Б 65/00 (2006 01) Устройство для изготовления ножовочных полотен или напильников Холодков Ю А , Рубан И В, Протасьев В Б, Спиридонов Э С Опубликовано 10 07 2006 Бюл № 19

Подписано в печать 02 02 2007

Формат 60х901Л« Бумага 80 гр/м2 Гарнитура Тплев

Объем 1,5 пл. Тираж 50 экз Заказ № 10

Отпечатано в Издательском Центре ГОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН» Лицензия на издательскую деятельность ЛР №01741 от 11 05 2000 127055, Москва, Вадховский пер, дЗа

Введение

Глава 1. Параметры ручных ножовочных полотен для металла, их влияние на производительность резания

1.1. Шаг зубьев

1.2 Разводка зубьев

1 3 Анализ геометрии зуба ножовочного полотна

1.4 Характеристика условий стружкообразования

1 4 1 Определение полезного объёма канавки зуба

1 5 Анализ связи выполнения последовательных резов и конструктивных параметров полотен 20 1 5.1.Оборудование и условия проведения испытаний полотен

1 5 2. Влияние вида разводки зубьев на производительность выполнения последовательных резов

1 6 Исследование статистической значимости разводки по методу однофакторного дисперсионного анализа

Выводы

Глава 2. Исследование возможности формообразования зуба ножовочного полотна для металла насеканием

2.1. Анализ оборудования для насекания

2 1.1 Определение перемещения ползуна от частоты вращения кулачкового вала

2.1 2 Взаимодействие ударного и механизма регулирования энергии удара

2 1.3. Анализ механизмов прижима и устранения перекоса прессовой лапки

2.2 Анализ факторов процесса насекания, их влияние на формообразование зуба полотна

2.2 1. Влияние силы веса станка на узкие поверхности насекания

2 2 2 Модификация устройства прижима.

2 2.3. Анализ шага зубьев и минутная подача (перемещение) ползуна

2 3. Определение влияния факторов процесса насекания ножовочного полотна на силу удара.

2 3.1 Определение зависимости силы удара от глубины проникновения, длины линии контакта и угла заострения клина зубила.

2.3.2 Определение характеристик рабочей пружины ударного механизма при насекании зубьев ручных полотен на станке ЗИР - 6.

2 3 3 Зависимость полной работы (энергии) ударного механизма от количества одновременно насекаемых заготовок.

2 4. Анализ вариантов взаимодействия зубила с заготовкой при формообразовании насеканием зуба полотна.

2 4 1 Анализ кинематики процесса насекания.

2 4.2. Особенности комбинированного взаимодействие зубила с заготовкой при формообразовании зуба полотна насеканием.

2.4.3 Проектирования кулачка, комбинированное взаимодействие зубила с заготовкой.

Выводы.

Глава 3. Исследование процесса насекания зуба.

3 1. Задачи исследования процесса насекания.

3.2 Разработка устройства для ручного насекания.

3.3 Методика проведения исследования

3.3 1 Моделирование на свинцовой пластине при исследовании процесса насекания.

3.3.2 Исследование процесса насекания на стальной пластине.

3 3 3 Определение коэффициентов корреляции параметров зуба.

3.4 Определение высоты зуба без дефектов у ножки.

Выводы

Глава 4. Исследование ручных ножовочных полотен с насечённым зубом

4 1 Анализ формы профиля насечённого зуба.

4.2. Определение углов насекального зубила.

4 2.1 Расчет углов зубила при комбинированном взаимодействии

4.3 Насекание зубьев полотна на станке ЗИР

4 3.1 Определение угла нерабочей зоны кулачка

4 4 Анализ результатов испытаний полотен

4 5 Обработка результатов испытаний полотен

4.5 1. Расчеты величин ошибок при заданной доверительной вероятности

4 5.1 1 Среднеарифметическое время одного реза

4.5 1 2. Среднеарифметическое время десятого реза

4.5 1 3 Среднеарифметическое время десятого реза по корреляционным графикам

4.5 1 4 Среднее суммарное время сорока резов

4 5.2. Проверка крайних значений элементов векторов VB, VC, VD

4 5.21 Среднеарифметическое время одного реза.

4.5 2 2 Минимальное значение времени десятого реза.

4 5 2 3 Минимальное значение корреляционного времени десятого реза

4 6. Упрочняющая обработка на установке «Корунд»

4.7. Повышения производительности насекания

Выводы

Ленточный слесарный инструмент, полотно ножовочное для разрезки металлов (далее - полотно), представляет собою стальную ленту, на узкой стороне (или на обеих сторонах) с равным шагом расположены режущие зубья.

У полотен передний угол зуба может быть нулевым, положительным или отрицательным, обычно он имеет нулевое значение, а задний угол - от 35° до 40°, углы назначают в зависимости от твёрдости и вида обрабатываемого материала.

Для предотвращения заклинивания полотна в разрезе и облегчения работы делается разводка. Разводка - это отгибание зуба в сторону, для образования угла между боковой поверхностью зуба и стенкой реза Разводка, в ряде случаев, мало эффективна, например, часто при разводке по полотну (волнообразной) она не ориентируется на шаг зубьев, поэтому на вершинах «волны», зубья могут располагаться с определённой вероятностью

При производстве металлорежущих инструментов в технологических процессах образования зубьев операции по созданию необходимой геометрии являются основными Получение при формообразовании одновременно всей геометрии режущих зубьев упрощает и удешевляет процесс изготовления, такой результат получают в процессе насекания, например, зубьев напильников.

Способ насекания, которому несколько тысяч лет, не остался без внимания д т н, проф. И. И Семенченко [48; 49]. Вопросы, связанные с насеканием, исследовались' А Н. Полянским, С. С. Четвериковым, И. В. Геллертом, М. М. Гада-синым, Я Я. Лычагиным.

Производственный опыт насекания напильников обобщён: Л. И. Роза, В. Г Егоровым, Р. Я. Чередниковым, П П. Костиным, Г. Т. Горобченко и др.

У полотна и напильника можно отметить несколько сходств: а) по параметрам зубьев, например, узких сторон плоских напильников для бронзы, б) по процессам резания под воздействием физической силы человека.

Есть и отличия: по способу образования зубьев и виду заготовок.

На заготовках полотен зубья формируют механическим методом, в основном, способом фрезерования [53], реже - способом шлифования [13; 37]. Заготовка полотна представляет собою пластину (ленту), а заготовка напильника - брус

Способ фрезерования имеет ряд недостатков: а) сложность группового зубообрабатывающего инструмента и его заточки и переточки, б) значительные силы резания (около 6000Н), обусловленные шириной обрабатываемой поверхности (от 300 до 315мм);

Способ шлифования также имеет ряд ограничений по применению. а) требует изготовления специального оборудования; б) шлифовальные круги имеют недостаточную размерную стойкость и сложность профилирования; в) существует опасность возникновения прижогов на полотне, т. к. зубья формируются на полную глубину за один проход шлифовального круга

Сравнение насекания с фрезерованием и шлифованием показывает преимущества первого в возможности: а) применения простого по конструкции инструмента - насекального зубила и использования оборудования для производства напильников; б) получения разных значений углов на зубьях за счёт изменения заточки клина зубила, в) формообразования одновременно с главными углами и задних вспомогательных задних углов на боковых сторонах каждого зуба.

Формообразования одновременно всей геометрии зуба устраняет явные недостатки разводки зубьев, которая обязательна при других способах, и увеличивает число режущих зубьев полотна до их общего числа

Насекание - сложный процесс, который с одной стороны - разновидность холодного пластического деформирования металла. С другой стороны, насеченные зубья можно рассматривать как корни стружек, которым придана форма, необходимая для выполнения процессов резания.

Попытки использовать способ насекания для получения зубьев на полотнах предпринимались и ранее, например, на ОАО «СИЗ «ТВИНТОС». Они не дали положительного результата: заготовки полотен гнулись, имели смятие, разрывы поверхности насекания, процесс насекания был неустойчив. Однако даже эти попытки ¿показали, что насекание зубьев на заготовках полотен реально и требует исследования и научного обоснования. Существенным недостатком насекания является ритмический шум, превышающий санитарные нормы, но те же отрицательные опыты выявили заметное снижение уровня шума при насекании зубьев на заготовках ленточных слесарных инструментов.

ОАО «СИЗ «ТВИНТОС» наиболее подходит для выполнения этих исследований, т к кроме широкого использования насекальных процессов в производстве напильников оно своими силами изготавливает насекальные станки.

Повышение производительности резания ручным полотном за счет формирования насеканием на каждом зубе необходимой геометрии (без разводки зуба) -актуальное направление исследования, т. к. ручные полотна широко применяются не только в промышленности, но и являются товарами народного потребления.

Реализация задачи формообразования зубьев слесарных полотен способом (Патент РФ №22719026, см. приложение 2) насекания позволяет: а) освоить новый вид продукции на насекальном оборудовании; б) оптимизировать процесс изготовления слесарных полотен

Цель работы - повышение производительности резания ручными полотнами для металла

Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1 Исследовать влияние вида разводки на производительности резания полотна.

2. Определить условия, при которых возможно применение насекального оборудования для формирования зубьев полотна.

3. Определить возможность образования при машинном насекании главных и вспомогательных углов зуба, а также высоту подъёма зуба над поверхностью обработки.

4 Выявить максимальную глубину проникновения инструмента в обрабатываемую поверхность без образования трещин у ножки зуба.

Практическая ценность работы заключается1

- в рекомендациях по проектированию насекального инструмента, учитывающих возможность получения положительного, нулевого и отрицательного переднего угла профиля насечённого зуба и обеспечивающих повышение прочности формообразующего клина и стабильность процесса насекания;

- в рекомендациях по модернизации станков (Патент РФ №2279336, см. приложение 1) для формирования зубьев способом насекания, обеспечивающих возможность их использования для изготовления ручных ножовочных полотен;

- в рекомендациях по проектированию управляющего кулачка, обеспечивающих повышение производительности насекания.

Научная новизна состоит:

- в математической модели процесса формообразования зубьев ножовочного полот на насеканием, учитывающей форму канавки между зубьями и углы резания, а также направление и закон перемещения формообразующего инструмента для вариантов пластического и комбинированного его взаимодействия с поверхностью насекания,

- в математической модели формообразующего инструмента, учитывающей параметры его установки, углы и симметричность профиля, а также форму канавки между зубьями и углы резания ножовочного полотна;

- в установленных связях между общей высотой и величиной подъёма насеченного зуба, а также углом при вершине зуба и вспомогательными углами;

- в установленных связях вида разводки и формы зубьев и углов резания ножовочных полотен с производительностью резания.

При исследовании процесса насекания использовалось оборудование кафедры «Металлорежущие и метрологические системы» ТулГУ.

За оказанную помощь выражаю признательность заведующему кафедрой проф , д. т н. Борискину О. И. и проф., д. т. н. Протасьеву В. Б.

1 Параметры ручных ножовочных полотен для металла, их влияние на производительность резания

Ручные ножовочные полотна для металла (далее - полотна) относятся к ленточным инструментам. Для производительного резания полотно должно иметь: а) необходимую твёрдость режущих зубьев в сочетании с достаточной прочностью остальных зон полотна; б) оптимальную геометрию режущей части и острую режущую кромку на зубе.

Полотно режет под воздействием физической силы человека и разных по величине и направлению сил: вертикальной, которую принимают равной 10 Ньютонам на 0,1мм толщины полотна и горизонтальной силы, которая может быть от двух до трех раз больше вертикальной силы. Кроме того, на величины сил влияют. размеры обрабатываемой поверхности и твёрдость материала [50].

Полотна из легированных инструментальных сталей имеют общее назначение, их изготавливают с закалкой по всему сечению или на высокую твердость закаливают только зону режущих зубьев. Полотна из быстрорежущих марок сталей применяются, когда требуется максимальная стойкость и производительность в сочетании с точностью реза, а также при обработке инструментальных и легированных сталей Эти полотна изготавливаются двух типов: закалённых по всему сечению или с закалкой на высокую твёрдость только зоны режущих зубьев.

Полотна первого типа предназначены для промышленного использования, для условий, в которых могут быть полностью использованы их преимущества, высокая жесткость и стойкость Полотна второго типа предназначены для использования в быту или для условий, когда использование полотен первого типа неэффективно.

Биметаллические полотна повышенной прочности получают путём электронно-лучевой сварки быстрорежущей рабочей части с державочной частью легированной вязкой стали.

Они выдерживают более высокие режимы резания и большие напряжения по сравнению с другими типами полотен. Высокая прочность позволяет использовать малоквалифицированную рабочую силу.

Геометрию зуба полотна определяют: шаг, главные углы профиля Для предотвращения заклинивания полотна в разрезе и облегчения работы делается разводка зуба для образования угла между боковой поверхностью зуба и стенкой реза

1.1. Шаг зубьев

Шаг зубьев полотен равен частному от деления 25мм на количество зубьев в пределах данной длины. Рекомендуемое количество зубьев при обработке различных материалов табл 1 1 [43]

Количество зубьев полотна и обрабатываемый материал.

Таблица 1.1.

Обрабатываемый материал Полотно

Режущая часть, число зубьев на 25мм легированная быстрорежущая

Алюминий, бронза от 18 до 24

Быстрорежущая сталь от 18 до 24

Чугун от 14 до 18

Дюраль от 14 до 18

Инструментальная сталь от 18 до 24

Легированная сталь от 18 до 24

Легкие сечения проката, трубы от 24 до 32

Листовая сталь 32

Латунь, медь, мягкая сталь от 14 до 18

Стальной трос от 24 до 32

Стальные трубчатые заготовки от 18 до 24

Сталь для инструментов от18 до 24

Средние сечения проката от 18 до 24

При выборе шага зубьев руководствуются, материалом обрабатываемой детали, ее твердостью и характером обработки.

Чем тверже материал обрабатываемой детали, тем шаг должен быть мельче; чем больше глубина и длина обработки, тем шаг крупнее.

Для обработки стали и чугуна наибольшее применение нашли полотна с шагами зубьев от 1,00 до 1,25мм [35]. Для слесарных полотен длиною 300мм установлены шаги зубьев: 0,80; 1,00, 1,25; 1,40 и 1,60мм [15]. Шаг зубьев определяет количество одновременно участвующих в резании зубьев на заданной длине обработки При работе полотнами необходимо стремиться к созданию условий, когда полотно имеет рабочий ход больше длины обрабатываемой заготовки.

Рассмотрим работу полотна участком длиной 12 на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Схема работы полотна.

Нормальным условием работы полотном принято считать, если оно работает на длине h приближённо равной 2/3 от своей общей длины.

При длине полотна 300мм это составляет от 150 до 200мм. Следует отметить, что не все зубья, участвующие в работе, имеют полный рабочий ход, равный длине обрабатываемой поверхности, поэтому зубья находятся в разных условиях на-гружения. Полный рабочий ход имеют зубья (рис. 1.1) вправо от точки В до точки А/ , на длине // Зубья влево от точки В до точки А и вправо от точки А/ до 5/ не имеют полного рабочего хода с обрабатываемой поверхностью. При резании заготовки длиной / рабочий ход соответствует длине 1Х

Из практики работы полотнами длина / обрабатываемой поверхности должна составлять: 4t < / < 35í, где t - шаг зубьев.

Длина / обрабатываемой поверхности и величина /, полного рабочего хода полотна должны быть строго увязаны между собой

Зубья полотен имеют разницу по высоте, которая колеблется в пределах от 0,10 до 0,15мм на длине рабочего хода. Разница по высоте зубьев влияет на процесс резания полотном, т к при работе зубья будут снимать стружку разной толщины При резании любым типом полотен необходимо, чтобы в каждый момент обработки в контакте с заготовкой находилось не менее трех зубьев, т. к при количестве зубьев менее трёх производительное резание невозможно [51].

1.2. Разводка зубьев

Разводка - обязательная операция, которая выполняется для получения вспомогательных углов на боковых поверхностях зубьев слесарных ножовочных полотен. Разводка - это отгибание зубьев в сторону. Разводка зубьев полотен может быть двух видов: с шагом до 1,0мм - по полотну (волнообразная разводка); с шагом свыше 1,0мм может выполняться по следующим схемам - по каждому зубу, или через зуб, или двух смежных зубьев через один неразведённый Разводка зубьев увеличивает ширину реза. Ширина реза при разводке по полотну должна составлять от 1,25 до 1,60, а при разводке по зубу - от 0,30 до 0,50 толщины полотна Следовательно, разводка увеличивает объём пространства, где может размещаться стружка во время её транспортирования до выхода зубьев из зоны резания, что уменьшает трение боковых поверхностей зубьев о стенки реза. С другой стороны, из-за разного расположения зубья могут снимать разные стружки, как по форме, так и объёму, а это создаст неодинаковые условия нагрузки на зубья в процессе работы.

Виды разводки и схемы припусков, срезаемых каждым зубом, шириной b¡, равной толщине полотна, высотой а при ширине В реза см. табл. 1.2

Вид разводки зубьев и схема срезаемого припуска.

Таблица 1.2.

Вид разводки

Схема срезаемого припуска 1

Через центральный зуб 1 2 3 4 5 6 7 тз! 2

Перегруженные зубья №3;5 и т.п. Г-образная стружка

7 По полотну волнообразная)

1 2 3 4 5

6 7

Ь1

Перегруженные зубья №4;7 и т.п. значительно неравномерная Г-образная стружка

Продолжение таблицы 1.2. 1

3 По каждому зубу

1 -—

2

3

4

5

6

7

Ь1 л 1 / / / / 1 1 10 2

NN V \ / / / 3 у. ( 4 V \ / \ \ 5 \ \ / . / / у 6 / 7

Равномерная Г-образная стружка, первый зуб неразведенный

1 2 3 4 5

В=Ь1

Равномерная стружка. В- ширина разводки Ь1-тоящина полотна а-толщина слоя, снимаемого одним зубом

Образование ширины реза вторым и следующими зубьями должно проходить при удалении слоев разной высоты. Это может способствовать неравномерной нагрузке зубьев, участвующих в работе.

Разводка по зубу (поз. 1) выполнена по схеме: два смежных зуба через один неразведённый, при этом отношение высот слоев - 2:3.

Разводка по полотну (поз. 2) - волнообразная. Шаг волны составляют семь зубьев Первый, четвёртый и седьмой зубья определяют вершины волны. Отношение высот слоёв -2'3:4,2:4,6. Эта разводка нашла наибольшее применение в отечественном производстве полотен из-за «простоты» выполнения.

В сравнении с любой разводкой по зубу разводка по полотну создает самые неблагоприятные условия нагрузки на зубья. С увеличением длины обрабатываемой поверхности данное влияние будет усиливаться.

Данная разводка не обеспечивает равномерного износа зубьев, т к. зубья, находящиеся в вершинах волны, перегружены на боковых вспомогательных режущих кромках, при этом зубья не всегда попадают на вершину волны (там может расположиться впадина).

Снимаемая стружка, Г-образной формы, тяжело свёртывается, возможно её пакетирование в канавках зубьев, что может привести к поломке одного или нескольких зубьев

Разводка по каждому зубу (поз. 3) считается наиболее прогрессивной, т. к. все срезаемые слои одинаковы по форме сечения и все зубья равномерно нагружены, т е. при работе имеют приближённо равный износ.

Разводка поз. 1 и 3 применяется на машинных ножовочных полотнах и редко используется на слесарных ножовочных полотнах в виду сложности реализации и получается за счёт принудительного отгибания зубьев полотна на его правую или левую сторону, а разводка поз. 2 - получается за счёт изгиба по полотну.

Вариант поз 4 можно только условно отнести к разводке, т. к. он не связан с принудительным отгибанием зуба, а сокращение трения на боковых поверхностях зубьев полотна осуществляется за счёт образования задних вспомогательных углов, что осуществляется другими способами.

7 Результаты работы использованы при насекании ручных ножовочных полотен и узкой стороны плоских напильников на ОАО «Металлист» г. Соснов-ское и др.

1. Алексеев Г. П. Мазовер И. С. Справочник конструктора-машинострои -теля Формулы и расчёты Л.; Судпромгиз, 1961. 448 с.

2. Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3-х томах, -5-е , изд , перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1979. Т. 1: 729 е.; Т. 2' 559 с ; Т 3 557 с.

3. 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 механизмы2. е изд перераб. - М : Наука, 1981. - 400 с.

4. Ахназарова С. Л., Кафаров В. В. Методы оптимизации экспериментов в химической технологии. М.: Высшая школа, 1985. 327 с.

5. Беляев В. М. Сопротивление материалов. М.; Физматгиз, 1959. - 856 с.

6. Блок О. И., Вицинский М. П. Определение параметров ударного механизма в зависимости от типоразмера насекаемых напильников. Сборник Всесоюзного института НТИ № М-59-198-17, 1959.- 194 с.

7. Болыиев А. Н., Смирнов Н. В. Таблицы математической статистики. М. Наука, 1983 -416 с.

8. Бронштейн И. Н. , Семендяев К. А Справочник по математике для инженеров и учащихся вузов. М.: Наука, 1980. - 976 с.

9. Волков Ю. Г. Диссертация. Подготовка, защита, оформление. Практическое пособие. М.: Гардарики, 2004, - 185 с.

10. Гадасин М. М., Геллерт И. В., Лычагин Я. Я., Роза Л. И. Напильники. -М. Машгиз, 1951. -236 с.

11. Гмурман В. Е. Руководство к решению задач по теории вероятности и математической статистике М.: Высшая школа, 1979. - 400 с.

12. Грибов Н. В. Формообразование зубьев ленточных инструментов много-заходным абразивным червяком при непрерывной круговой подаче заготовок1 Дис . . канд. техн. наук. Тула, 1997. 187 с.

13. ГОСТ 1465-80 Напильники. Технические условия. Технические условия. Введ 01.01.81. - М." Изд-во стандартов, 1992. - 32 с.

14. ГОСТ 6645-86 Полотна ножовочные для металла. Технические условия. -Введ 01 01.87. М.: Изд-во стандартов, 1988. - 11 с.

15. ГОСТ 9013-59 Металлы и сплавы. Метод измерения твёрдости по Рок-веллу. Шкалы А, В, С. Введ. 01.01.69. - М.: Изд-во стандартов, 1979 - 7 с.

16. ГОСТ 14959 59 Прокат из рессорно-пружинной углеродистой и легированной стали. Технические условия. - Введ 01.01.81. - М: Изд-во стандартов, 1989.- 14 с

17. ГОСТ 14963 69 Проволока стальная легированная пружинная. Технические условия. - Введ. 01.01.80. - М.: Изд-во стандартов, 1980. - 7 с.

18. ГОСТ 23522-79 Лента холоднокатаная для ручных ножовочных полотен. Технические условия. Введ. 01.01.80. - М.: Изд-во стандартов, 1986. - 7 с.

19. ГОСТ 2. 105 95 Общие требования к текстовым документам. - Введ. 07 01 96 - М : Изд-во стандартов, 1996. - 36 с.

20. Джонсон Н., Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке: Методы планирования эксперимента. М.: Мир, 1981.- 347с.

21. Джонсон У., Меллор П. В. Теория пластичности для инженеров. Пер. с англ Пер Овчинников А. Г. М.: Машиностроение, 1979. - 56 с.

22. Жарков Д. Н., Протасьев В. В. Применяемость насекания как метода формообразования режущей части борнапильников // Совершенствование конструкций инструмента и метрологические производства.- ТулГУ, 1996 с. 60.

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

24. 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.

25. Жарков Д. Н. Формообразование мелкоразмерных режущих зубьев на стоматологических и слесарных борах ротационным обжатием инструментом в форме клина: Дис. . кан. техн. наук. Тула, 1999. 153 с

26. Зиновьев В. А. Курс механизмов и машин.- М.: Наука, 1972. 384 с

27. Исследование прочности зубьев ножовочных полотен // Экспресс-информация. Серия 2. Режущие инструменты. Зарубежный опыт -выпуск 22. -М ВНИИ ТЭРМ, 1987. с. 7-11.

28. Износ ленточных пил // Экспресс-информация №42. Режущие инструменты М . 1979. с. 15-22.

29. Кацев П. Г. Статистические исследования режущего инструмента. М • Машиностроение, 1974. 240 с.

30. Каталог продукции «ЗапсЫк», 1М-200-ЯШ/98, 1998-1999г., 730 с.

31. Каталоги фирм «ЕЬег1е», «\Vespa». Инженерно- технический центрРосмарк-сталь». М.: ЗАО «ИРЛЕН», 2002. - 471 с.3 3 Кирьянов Д. В Самоучитель Майсаё 13. СПб.: БХВ - Петербург, 2001. -554 с.: ил.

32. Лычагин Я.Я. Зубила и патроны для насекания напильников // Вестник технической информации № 3. ЦБТИ МСС. 1950. 14 с.

33. Макиенко Н. И. Слесарное дело с основами материаловедения. М.: Высшая школа, 1974. - 462 с.

34. Минько А. А. Статистический анализ в МБ ЕХЕЬ. М., С-П., Киев. Изд-во «Диалектика». 2004.- 438 с.

35. Патент РФ № 2089357 В2Ш 63/12 (2006.01) Способ шлифования зубьев ножовочных полотен. Грибов Н. В., Протасьев В. Б. Опубликовано: 10.09 1997.Бюл № 23

36. Патент РФ № 2271902 В230 65/02 (2006.01) Способ изготовления зубьев ножовочных полотен. Холодков Ю. А., Рубан И. В., Протасьев В. Б., Спиридонов Э С Опубликовано: 20.03.2006. Бюл № 8.

37. Патент РФ № 2279336 В230 65/00 (2006.01) Устройство для изготовления ножовочных полотен или напильников. Холодков Ю. А., Рубан И. В , Протасьев В Б., Спиридонов Э. С. Опубликовано: 10.07.2006. Бюл. № 19.

38. Полянский А. Н. Конструкция и эксплуатация напильников.- М.: ЦНИИТМАШ, 1960,-212 с.

39. Протасьев В. Б., Ушаков М. В., Грибов Н. В. Оценка стойкости шлифовального круга при шлифовании зубьев ножовочных полотен «по целому»Совершенствование конструкций инструментов и метрологические аспекты производства Тула: ТулГУ, 1996. - с. 32-36.

40. Протасьев В. Б., Илюхин С. Ю., Холодков Ю. А. Компьютерное моделирование процесса насекания зубьев ножовочных полотен // Известия ТулГУ. Серия «Машиностроение». Вып. 2. Тр. междунар. науч. конф. Тула: ТулГУ, 2003 с 224 -226.

41. Рекомендации по выбору ножовочных полотен и пил // Экспресс-информация, 1978. №13. - с. 17-23.

42. Роза Л И , Егоров В. Г. Производство напильников. М.: Машиностроение, 1981. - 141 с.

43. Ротбарт Г. А. Кулачковые механизмы. Л.: Судпромгиз, 1960. - 355 с

44. Самохвалов Я. А., Левицкий М. Я., Григораш В. Д. Справочник техника -конструктора Киев.: Технша, 1978. - 591 с.

45. Соколовский В. В. Теория пластичности. М.; Высшая школа, 1969 - 608 с.

46. Семенченко И. И. Режущий инструмент. Конструирование и производство1 в 3-х томах. Т. 1. Главная редакция литературы по машиностроению и металлообработке, 1936. - 554 е.: ил.

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

48. Сергеев М. А. Справочник слесаря. Л.: Лениздат, 1961.- 415 с

49. Тенденции развития резки металлических заготовок пилами // Экспресс-информация, 1977 №10. - с. 11-22.

50. Технологический процесс МН. 01000. 00001. Напильники плоские тупоносые длиной рабочей части 200мм с насечками №1; 2; 3; 4 по ГОСТ 1465-80. Серпуховский инструментальный завод им. А. А. Сольца. Серпухов: 1976 9 с

51. Унксов Е.В. Инженерная теория пластичности.- М.: Машгиз, 1959.-328 с.

52. Ушаков В М., Симанкин Д. А. Определение оптимальных режимов обработки мелких периодических профилей фрезами с винтовым затылованием зубьев // Известия ТулГУ. Серия «Машиностроение».Вып. 3, ч. 1,Тула: ТулГУ, 1997 -с 171.

53. Фишер Р. А. Статистические методы для исследователей. М.-Госстатиздат, 1958. 432 с.

54. Холодков Ю. А., Протасьев В. Б. Насекание зубьев ленточных слесарных инструментов // Известия ТулГУ. Серия «Машиностроение». Вып 2 Тр. междунар. науч. конф. Тула: ТулГУ, 2003 с. 231-235.

55. Холодков Ю А. Расчёт профиля кулачка при механопластическом взаимодействии зубила и заготовки в процессе насекания зубьев ножовочных полотен // Известия ТулГУ. Серия «Технология машиностроения». Вып. 2. Тула: ТулГУ, 2004-с. 182-185.

56. Холодков Ю. А. Моделирование процесса насекания зубьев ножовочных полотен // Известия ТулГУ. Серия «Инструментальные и метрологические сис-темы».Вып. 1. Труд. Междунар. науч-техн. конфер.Тула: ТулГУ, 2004 с. 67-71.

57. Холодков Ю. А. Углы заточки клина зубила и геометрия зубьев слесарных полотен, полученных способом насекания // Известия ТулГУ. Серия «Инструментальные и метрологические системы». Вып. 2. Труд. Междунар науч-техн. конфер.Тула: ТулГУ, 2006 с. 167-169.

58. Чередников Р. Я. Костин П. П. Горобченко Г. Т. Изготовление опиловоч-ного инструмента: Учебное пособие для проф. Обучения на производстве М. Высшая школа, 1985. -184 с.

59. Чудаков Е. А., Бычков Д В. И др. Энциклопедический справочник Т. 1.кн 2 М. ГНТИ Машиностроительной литературы, 1948. - 457 с.

60. Штейнберг Б. И., Брайман Б. М., Ильченко В. И. Справочник молодого инженера-конструктора. К.- Техника, 1979. 179 с

61. Якунин Н К. Подготовка круглых пил к работе,- 2-е изд., перер. и доп. -М Экология, 1991 -288 с.Рз=2800Н Рг=2240НР1=1580НУ

62. Допускается неравномерность шага не более 0,2 мм.2. НЯС46.52.и

63. Допускаемое напряжение на изгиб т=400 р^2

64. Длина развернутой пружины 1845 мм.5. Число рабочих витков 13.6. Полное число витков 14.5.

65. Направление навивки правое.8» Соприкосновение опорных витков с соседними по линии не допускается. Опорные витки могут касаться соседних только концом (в одной точке). Конец опорного витка подогнуть.ГГ149» Неуказанные предельные отклонения: И14, Н14,

66. Остальные технические требования на изготовление, испытание и приемку пружины по ТУ Д81-3.