автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Повышение работоспособности торцовых фрез для чистовой обработки плоских поверхностей деталей

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ "КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ” Спеціалізована вчена рада Д.26.002.11

еГ6. ОД

1 У Сії 11 ІЗЙГ^ВСЬКИЙ ГЕОРГІЙ МИКОЛАЙОВИЧ

УДК 621.914

ПІДВИЩЕННЯ ПРАЦЕЗДАТНОСТІ ТОРЦЕВИХ ФРЕЗ ДЛЯ ЧИСТОВОЇОБРОБКИ ПЛОСКИХ ПОВЕРХОНЬ

Спеціальність 05.03.01 - Процеси механічної обробки, верстати та інструменти

АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Київ-2000

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Житомирському інженерно-технологічному інституті на кафедрі технології машинобудування та конструювання технічних систем Міністерства освіти і науки України.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор, ПЕТКО Ігор Валентинович, Київський державний університет технології та дизайну, м. Київ, професор кафедри машин та апаратів легкої промисловості;

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник,

КРИВОШЕЯ Анатолій Васильович, Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України, м. Київ, старший науковий співробітник.

Провідна установа

Харківський державний політехнічний університет, кафедра “Різання матеріалів і різальні інструменти”, Міністерство освіти і науки України, м. Харків.

Захист відбудеться “2-5" 2000 р. о годині на засіданні

спеціалізованої вченої ради Д.26.002.11 при Національному технічному університеті України “Київський політехнічний інститут” за адресою: 03056, м. Київ, проспект Перемоги, 37, навчальний корпус № 1, ауд. 214.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут” за адресою: 03056, м. Київ, проспект Перемоги, 37.

Автореферат розісланий “<¿15 " СЄ&П/УЯ 2000 р.

Вчений секретар

Науковий керівник:

кандидат технічних наук, доцент МЕЛЬНИЧУК Петро Петрович,

Житомирський інженерно-технологічний інститут, завідувач кафедри технології машинобудування та конструювання технічних систем.

спеціалізованої вченої ради, кандидат технічних наук

Семенов О.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Застосування для торцевих фрез ступінчастих схем різання та косокутної геометрії різальних ножів значно впливає на стійкість інструментів, якість та продуктивність обробки. Особливо це важливо при обробці деталей на верстатах з числовим програмним управлінням, багатоцільових верстатах та автоматичних лініях, при обробці на яких вартість однієї верстато-хвилини велика. Актуальність цієї задачі посилюється зі збільшенням питомої ваги чистових методів обробки у загальній трудомісткості обробки деталей (в технологічних процесах виготовлення базових деталей верстатів близько 10 %, а в насособудуванні до 50 % оброблюваних плоских поверхонь повинні мати шорсткість оброблених поверхонь Ка не більше 1,25 мкм).

При розробці конструкцій спеціальних торцевих фрез косокутного різання основною метою є визначення оптимальної геометрії та режимів їх експлуатації. При цьому практично відсутні надійні рекомендації щодо умов обробки існуючих торцевих фрез для чистового фрезерування, якому властиві свої особливості та закономірності. Крім цього, застосування ступінчастих схем різання та косокутної геометрії різальних ножів фрез викликає необхідність вивчення особливостей кінематики обробки.

Дослідження та вирішення розглянутих питань, які направлені на підвищення працездатності торцевих фрез для чистової обробки плоских поверхонь деталей, є актуальною задачею і має велике значення на сучасному етапі розвитку інструментального виробництва та машинобудування в цілому.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Наведені у дисертаційній роботі дослідження пов’язані з виконанням НДР Житомирського інженерно-технологічного інституту: “Разработка, исследование и внедрение прогрессивных конструкций режущих инструментов, оснащенных безвершинными режущими частями” (№ ДР 79079714); “Исследование и внедрение новых конструкций режущего инструмента косоугольного резания” (№ ДР 81012305); ’’Разработка и внедрение прогрессивных технологических операций процессов изготовления основных деталей многошпиндельных автоматов” (№ ДР 0120090311).

Мета і задачі дослідження. Метою дисертації є підвищення продуктивності, зносостійкості та якості обробки плоских поверхонь чавунних та стальних деталей за рахунок використання нових конструкцій фрез, в яких застосовані ступінчасті схеми різання, косокутна безвершинна геометрія різальних ножів, оптимізації геометричних та режимних параметрів фрез.

Для досягнення поставленої мети запропоновано вирішення таких завдань:

• виконання аналізу особливостей конструкцій, експлуатації та працездатності торцевих фрез, особливостей конструктивних елементів багатоступінчастих фрез,

вплив косокутної геометрії на характер процесу різання;

• розробка на основі теоретичного аналізу конструкцій торцевих фрез косокутного різання;

• дослідження впливу косокутної геометрії різальних ножів фрез та режимів різання на характер фрезерування;

• виконання аналізу кінематики процесу фрезерування торцевими ступінчастими фрезами косокутного різання;

• дослідження впливу геометричних параметрів різальних частин ножів фрез і режиму різання на працездатність торцевих фрез та визначення їх раціональних значень при обробці стальних загартованих та чавунних деталей;

• виконання виробничих досліджень та розробка рекомендацій щодо впровадження результатів роботи на машинобудівних підприємствах.

Об’єкт і предмет дослідження^ Об’єктом дослідження є процес фрезерування торцевими ступінчастими фрезами косокутного різання, оснащеними надтвердими матеріалами (НТМ). Предметом дослідження є визначення раціональних геометричних параметрів фрез косокутного різання та режимів їх експлуатації.

Методи досліджень. Теоретичні та експериментальні дослідження, розробка практичних рекомендацій проводилися на основі використання положень технології машинобудування, теорії різання металів, теорії математичного планування експериментів, інтегрального обчислення, засобів математичного моделювання на ЕОМ. Експериментальні дослідження проводилися з використанням сучасної вимірювальної апаратури.

Наукова новизна одержаних результатів.

1. Розроблена сукупність рівнянь, які дають можливість проаналізувати основні кінематичні параметри торцевого фрезерування ступінчастими фрезами косокутного різання.

2. Визначені геометричні та кінематичні умови забезпечення підвищення працездатності торцевих фрез для чистової обробки плоских поверхонь деталей.

3. Експериментально досліджені особливості впливу геометрії різальних частин ножів

фрез на сили різання, знос ножів та шорсткість оброблених поверхонь чавунних та стальних загартованих деталей. '

4. Запропоновано, замість застосовуваних у тепершній час одноступінчастйх торцевих фрез, проектувати для чистової обробки плоских поверхонь деталей торцеві ступінчасті фрези косокутного різання, що за рахунок збільшення кількості ножів, які приймають участь в різанні, та використання косокутної геометрії ножів дозволяє підвищити продуктивність обробки та якість обробки.

Практичне значення одержаних результатів. Практичне значення одержаних в роботі результатів полягає в наступному: при обробці чавунних і стальних деталей досягнуто

з

підвищення продуктивності у 3-5 разів за рахунок використання досліджуваних фрез косокутного різання з ножами, оснащеними НТМ; розроблено рекомендації щодо вибору конструктивних і геометричних параметрів торцевих ступінчастих фрез для обробки чавунних і стальних загартованих деталей та рекомендації щодо вибору оптимальних режимів експлуатації фрез; розроблено конструкції торцевих ступінчастих фрез косокутної геометрії ножів з підвищеними зносостійкістю та якістю обробки плоских поверхонь деталей по відношенню до існуючих конструкцій фрез. Сконструйовані ступінчасті торцеві фрези косокутного різання впроваджені у виробницво на ВАТ “Верстатуніверсалмаш” (м. Житомир) та ВАТ “Беверс” (м. Бердичів) при обробці корпусних та плоских деталей верстатів. Для підприємств розроблений і затверджений стандарт технічний підприємства, який регламентує умови та режими експлуатації торцевих ступінчастих фрез. .

Особистий внесок здобувана. Автором дисертації особисто розроблені нові конструкції торцевих ступінчастих торцевих фрез косокутного різання та проведена гкспериментальна частина роботи, запропонована методика розрахунку основних кінематичних параметрів процесу обробки торцевими ступінчастими фрезами. Проведені жспериментальні та виробничі дослідження підтвердили підвищення працездатності розроблених конструкцій чистових торцевих фрез. У сумісних роботах здобувач брав участь ї розробці основної ідеї, проведенні експериментів та підготовці матеріалів до опублікування. В держбюджетних та госпдоговорних науково-дослідних роботахавтор брав іктивну участь як в теоретичній, так і в експериментальній частинах. При цьому здобувач в іеяких НДР був відповідальним виконавцем. . . -

Апробація результатів роботи. Основні результати роботи доповідалися і були :хвалені на: науково-технічній конференції «Применение робото-технических комплексов в ~АП» (Київ, 1986); конференції “Ресурсо- и энергосберегающие технологии в іромьішленности” (Київ, 1996); науково-технічній конференції «Высокоэффективные технологии в машиностроении” (Харків, 1998); V міжнародній науково-технічній конференції (Машиностроение и техносфера на рубеже XXI века» (Севастополь-Донецк, 1998); VI міжнародній науково-технічній конференції «Машиностроение и техносфера на рубеже XXI іека» (Севастополь-Донецьк, 1999); на міжнародній науково-технічній конференції «Процеси механічної обробки, верстата та інструмент» (Житомир, 1999); міжнародній науково-ехнічній конференції «XXVI JUPITER CONFERENCE» (Белград, 2000), 15-й Щорічній Міжнародній науково-технічній конференції «Прогрессивные технологии в іашиностроєнии» (ТЕХНОЛОГИЯ-2000) (Одеса, 2000). • :

Публікації. По темі дисертації опубліковано 22 наукові роботи, в тому числі 10 татей, 9 тез доповідей на науково-технічних конференціях та 3 авторські свідоцтва на іинахід СРСР. 11 робіт опубліковано одноосібно.

Структура і обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів,

висновків, списку літератури і додатків. Обсяг роботи становить 150 сторінок, в тому числі 46 рисунків і 52 таблиць. Список літератури складається з 86 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ В першому розділі виконано аналіз особливостей конструкцій, експлуатації та працездатності торцевих фрез, оснащених НТМ, для чистової обробки плоских поверхонь деталей, проаналізовані конструктивні елементи та режим різання одноступінчастими та багатоступінчастими торцевими фрезами, вивчено питання впливу косокутної геометрії різальних частин інструментів на характер процесу різання.

Аналіз виконаних досліджень показав, що процес чистового торцевого фрезерування вивчено недостатньо повно, має місце суперечливість існуючих рекомендацій щодо застосування та умов експлуатації торцевих чистових фрез, використання яких дозволяє підвищити продуктивність обробки плоских поверхонь деталей. Серед задач проектування торцевих фрез можна віділити дві основні задачі. Це - використання прогресивних схем різання, які забезпечують збільшення кількості ножів, які беруть участь в різанні, та застосування оптимальної геометрії різальних частин ножів. Відсутність аналізу використовуваних конструкцій стримує розвиток напрямку проектування торцевих фрез, які мають підвищену працездатність.

В другому розділі наведено конструктивні параметри та напрямки удосконалення чистових торцевих фрез виходячи з того, що для забезпечення збільшеної кількості ножів, які беруть участь у різанні, доцільно використовувати спірально-ступінчасте розміщення ножів. Ножі фрези у радіальному напрямку розміщені за логарифмічними спіралями з установкою ножів відносно конічної торцевої поверхні фрези.

Зменшення різниці радіального розташування для ножів, що розміщені на найменшій відстані від осі фрези, призводить до нерівномірного осьового положення ножів (рис. 1).

Рис. 1. Схема радіального та осьового розміщення ножів ступінчастих фрез

Загальний припуск перерозподіляється зі зменшенням глибини різання для ножів, які розташовані на найменшій відстані від осі фрези. Це дозволяє забезпечити участь в різанні 80-90 % кількості ножів при значних коливаннях припуску (40-50%) за рахунок похибок установки та закріплення фрез на верстатах.

Застосування ступінчастої схеми різання дозволяє виконувати операції чистового (максимальна величина припуску Хг, =0,7 мм) та напівчистового (X?, = 2 мм) фрезерування.

Для забезпечення зрізання тонких перерізів зрізуваних шарів доцільно використовувати для фрез ножі з косокутною геометрією з кутами нахилу різальних кромок X = -(з5’~ 45’) із передньою плоскою та задньою циліндричною поверхнями (рис. 2).

Перетин задньої циліндричної з плоскою передньою поверхнею утворює монотонну різальну кромку, що полегшує процес її заточки та створює умови різання, близькі до вільного різання.

Для визначення ефективності застосування косокутної геометрії ножів фрез проведені дослідження деформації зрізуваного шару та направлення сходу стружки при косокутному різанні. Дослідження проводились з моделюванням умов фрезерування на токарному верстаті шляхом токарної обробки несуцільного диска. Встановлювалися коефіцієнти укорочення 4 і та потовщення стружки, фотографуванням встановлювався. кут сходу стружки V.

При'варіюванні факторів: переднього кута у нормальному перерізі у„ =0'-(-30"), товщини перерізу а = 0,05-0,15 мм, швидкості різання К = 1,4-2,8 м/с одержані залежності у вигляді поліномів:

= 2,549-0,406*, -0,414^ -0,254*3 +0,321*, *2 -0,474*2*3 + + 0,231*,*3 -0,216*,*,*3,-

= 2,821-0,076*, -0,494*2 -0,391*, +0,119*,*, + 0,324*2*3 +

+ 0,031*,*3 -0,004*|*2*з;

(2)

^ =1,624-0,274*, -0,064*2 -0,016*3 +0,054*,*2 -0,064*2*3 + + 0,026*,*, -0,311*,*2*3;

%л = 1,659-0,031*, -0,081*2 -0,136*3 +0,149*,*2 +0,014*2*3 + + 0,039*, *3 - 0,111*, *2 *3,

(4)

(3)

де *,,*2,*3- кодовані позначення у а, V.

Результати аналізу структури одержаних рівнянь (])—(4) показує, що для зменшення ступеня деформації зрізуваного шару необхідно збільшувати кут нахилу різальної кромки к, передній кут у „, товщину зрізуваного шару а та швидкість різання V.

Використання косокутної геометрії ножів для ступінчастих фрез полегшує умови зрізання тонких шарів зрізу. Експериментально встановлено, що при обробці сталі різцями з кутами нахилу різальної кромки л. > 20' процес різання характеризується значно меншими ступенями деформації зрізуваного шару. Дослідженнями визначено, що застосування косокутної геометрії призводить до збільшення кутів сходу стружки, а отже, і до збільшення робочих передніх кутів інструмента.

У третьому розділі виконано аналіз кінематичних параметрів торцевих ступінчастих фрез. Торцеве ступінчасте фрезерування відрізняється від обробки одноступінчастими фрезами тим, що кожний різальний ніж зрізає змінну величину припуску, при цьому також змінними є величина подачі на зуб і кількість різальних ножів, що одночасно беруть участь в різанні. Крім цього, застосування косокутної геометрії ножів та спірально-ступінчастого їх розташування також ускладнює відомі залежності кінематичних параметрів від геометрії різальних ножів та режимів різання.

Розроблена методика визначення кінематичних параметрів дозволяє обчислити довжину різальних кромок для ножів торцевих фрез косокутної геометрії, максимальну товщину зрізу, площу зрізуваного шару та розрахункову висоту мікронерівностей. Одержані залежності кінематичних параметрів від геометрії ножів фрез та режиму різання використовуються для обчислення сил різання при торцевому ступінчастому фрезеруванні, для чого розроблені програми на ПЕОМ.

Визначені значення середніх та миттєвих сил різання дозволили обчислити значення колової сили Рк, подачі Рх та осьової сили РА та коефіцієнти нерівномірності ц* цч., (іч. За запропонованою методикою створена програма обчислення на ЕОМ вихідних параметрів

процесу торцевого ступінчастого фрезерування.

Доведено, що при застосуванні косокутної геометрії ножів торцевих фрез збільшується довжина різальних кромок ножів, що призводить до зменшення питомих навантажень на одиницю довжини різальних кромок.

Основною метою експериментальних досліджень, наведених в четвертому розділі, є перевірка результатів теоретичного аналізу та розроблених на його основі рекомендацій щодо визначення геометричних параметрів торцевих фрез при обробці чавунних і стальних загартованих деталей, силових характеристик процесу різання, дослідження стійкості торцевих фрез.

Одним із основних параметрів, який визначає працездатність торцевих фрез, є силові характеристики процесу різання. Тому рекомендації щодо визначення геометричних параметрів ножів фрез та режиму обробки розроблені на базі силових досліджень.

Об’єктом досліджень були спроектовані торцеві ступінчасті фрези діаметрами 200 і 250 мм, оснащені гексанітом-Р. Максимальна ширина оброблюваної деталі 160 мм.

Для дослідження сил різання, що виникають при фрезеруванні, був сконструйований

і виготовлений монолітний трикомпонентний динамометр, який забезпечував вимірювання складових Рх, Ру, Рг.

Для співставлення складових Рх, Рг. Р2 ¡рівнодіючої й сили різання, що виникають при різанні ножами фрези, які мають стандартну та безвершинну косокутну геометрію, знадобилися додаткові досліди. Для виключення похибки співставлення, пов'язаної з фізико-механічними властивостями і твердістю оброблюваного матеріалу, проводилося фрезерування деталей з чавуну СЧ21 ножами зі стандартною геометрією та косокутними безвершинними ножами (матеріал різальної частини - гексаніт-Р).

Встановлено, що питоме навантаження на одиницю довжини різальної кромки для ножів стандартної геометрії складає 800 Н/мм, а для ножів косокутної геометрії - 280 Н/мм. Менші питомі навантаження для ножів косокутної геометрії дозволяють припустити і їх більш високу зносостійкість, що було підтверджено наступними експериментами.

Дослідження силових залежностей для фрез косокутної геометрії проводилися для широких діапазонів змін глибини різання, подачі на зуб, швидкості різання, кута нахилу різальних кромок ножів. Збільшення швидкості різання V для спроектованих фрез призводить до зменшення всіх складових сил різання, що особливо важливо при умові недостатньої жорсткості технологічної системи. Підвищення подачі на зуб & та глибини різання І призводить до збільшення складових сил різання, особливо при обробці загартованих сталей. Застосування від’ємних значень кута нахилу різальної кромки X зменшус складові Рх,Рг,Рг сили різання, що дозволяє знизити питомі навантаження на одиницю довжини різальної кромки ножів. При використанні косокутної геометри ножів торцевих фрез складова сили різання Р, перевищує складову Рг, що сприяє створенню у

об’ємі різального клину напружень стиску.

' Наступним кроком було проведення експериментальних досліджень зносостійкості ножів торцевих фрез для визначення їх оптимальної геометрії та режиму експлуатації.

Аналіз власних досліджень оброблюваності плоских поверхонь безвершинним косокутним торцевим фрезеруванням загартованих сталей (в широкому діапазоні твердості (45...48 НІіСц- 56...62 ЯЙСД)) і високоміцних чавунів (207...269 НВ) ножів з гексаніту-Р дозволив встановити фактори, які найбільше впливають на стійкість інструмента :

Т - /{У, 52, Л у,, а,-, г). (5)

Дослідженню підлягали торцеві фрези косокутного безвершинного багатоножового ступінчастого різання 0 250 мм. Кількість ножів X = 24. Встановлювались залежності максимальної фаски зносу по задній поверхні та шорсткості Яа від часу різання, довжини шляху різання і площі обробленої поверхні /■■. Розмір й3 оцінювався шляхом фотографування передньої та задньої поверхонь різальних частин ножів в нормальних напрямках.

Дослідженнями встановлено, що процес зносу ножів починає інтенсивно протікати вже в початковий період різання - через 30-40 хвилин після початку різання (рис. 3).

На цьому етапі відбуваються мікровикришування різального леза, причому частіше в області граничних точок різальної частини ножів. В результаті цього виникають зазублини, які виходять і на передню поверхню. Подальше переміщення зазублин здійснюється вздовж задньої поверхні ножів у напрямку вектора швидкості різання.

При утворенні зазублин значної глибини («100 мкм) відбувається викришування більших частин різального матеріалу, а при значеннях И} =0,3 -0,4 мм це призводить до різкого збільшення шорсткості обробленої поверхні. В окремих випадках мікро- і макровикришування виникають на початковому етапі торцевого фрезерування (рис. 4).

При появі мікросколів знос інтенсифікується на даних ділянках.

Поява мікросколів, на наш погляд, може бути пояснена циклічним навантаженням та розвантаженням різальної кромки, що призводить до знакозмінних напружень в об'ємі різального клину.

Крива зносу ножів торцевих фрез, у залежності від площі обробленої поверхні і7 (рис. 5), має виражені ділянки припрацювання та ділянки нормального зносу з різнок інтенсивністю.

Визначення оптимальної геометрії ножів торцевих фрез проводилося відповідно де методики математичного планування експерименту.

5)

Рис. 3. Знос ножів торцевої фрези при обробці сірою чавуну СЧ21:

(' = 600 м/\в: .V = 0,4 мм/об; / = 0.1 мм; = -10’; а, = 8'; Л - -30’, г = 7 мм;

а) /», = 0.04 мм: Г = 24.75 хв; =4,5 км: /-' = 1.8 м3;

б) І,, = 0.38 мм; Г = 345.7 хв: І, =78.41 км: = 19.8 м-

Рис. 4. Макровикришування частин НТМ

О 1,8 3,6 5,4 7,2 9 10,8 12,6 14,4 16,2 18 F, м2

Рис. 5. Залежність фаски зносу задньої поверхні ножів h3 в залежності від площі обробленої поверхні F при обробці чавуну:

1 - при V = 600 м/хв; Sz =0,250 мм/зуб; а,. =4'; Л = -30"; г = 13 мм;

2 - при V = 600 м/хв; Sz = 0,250 мм/зуб; а,- = 8* ; X = -50' ; г = 7 мм

Дослідження зносу ножів торцевих фрез, оснащених НТМ, показали, що

застосування косокутної геометрії ножів торцевих фрез з гексанітом-Р призвело до

збільшення довжин різальних кромок ножів, які беруть участь в обробці, і підвищення загальної стійкості інструменту Г. Оптимальними для обробки чавуну СЧ21 є: швидкість різання - 700 м/хв; подача на зуб - 0,325 мм/зуб; задній кут в напрямку вектора швидкості різання - 6' ; кут нахилу різальної кромки - Л = -45' ; радіус задньої циліндричної поверхні -10 мм. Оптимальними для обробки загартованої сталі 45 є режими різання: швидкість різання -280 м/хв; подача на зуб - 0,25 мм/зуб; глибина різання чистовим ножем - 0,06 мм. Для оптимальних режимів експлуатації та геометричних параметрів стійкість ступінчастих фрез косокутного різання з НТМ становить не менше 400 хвилин машинного часу при площі обробленої поверхні в 20 м2 чавуну і 6 м2 загартованої сталі.

З метою виявлення основних факторів (режимів, геометрії), що впливають на кінцеву шорсткість Raz, і для встановлення їх оптимальних значень для косокутного безвершинного фрезерування фрезами 0100...500 мм дослідження шорсткості при торцевому фрезеруванню но.жами з косокутною геометрією виконувались на загартованих сталях 45, 40Х, 9ХС, У8, Х18Н10Т та чавуні СЧ21.

Для порівняльних досліджень впливу умов одно- і багатоножового фрезерування на шорсткість поверхні проводилася обробка чавуну СЧ21 при У= const з різними подачами на зуб. Профіль обробленої поверхні в обох дослідах формував чистовий ніж (/„ = -10", ау =10', г = 10 мм, Я = -45'). Дані досліджень зведені в табл. 1.

Таблиця 1

Кількість ножів фрези Ra, мкм при подачі на зуб

0,039 0,063 0,100 0,156 0,250 0,394 0,625

Один 0,600 0,763 0,834 0,985 1,072 1,342. 2,154

Дванадцять 0,422 0,440 0,504 0,608 0,760 • 1,150 1,644

Як видно з табл. 1, кількість ножів Z, що беруть участь у різанні, значною мірою впливає на шорсткість обробленої поверхні. В усьому діапазоні зміни подачі на зуб висота мікронерівностей Ra значно нижча для багатоножової фрези, що може бути пояснене зменшенням нерівномірності процесу фрезерування зі збільшенням кількості ножів, що беруть участь в різанні. Тому усі подальші дослідження шорсткості обробки проводилися в умовах багатоножового фрезерування. Вплив швидкості різання на шорсткість обробки вивчався при обробці плоских зразків торцевою фрезою діаметром 125 мм із Z = 12. Глибина різання чистовим ножем складала г = 0,10 мм, подача на зуб Sz = 0,25 мм/зуб; геометрія ножа - Х = -45',у„ =-10’,а,. =8”,г = 10 мм (матеріал різальної частини ножів -гексаніт-Р).

Таблиця 2

№ з/п Оброблюваний матеріал Швидкість різання V, м/с Ra. мкм при подачі на зуб Sz

0,125 0,250 0,315 0,400

1 2 3 4 5 6 7

1 Сталь 45 52НЯСе 1,64 -' 0,569 0,750 0,701

2 3,30 0,598 0,712 0,825 0,743

3 5,20 0,438 0,797 0,787 0,837

4 Сталь 40Х 55НКСе 1,64 - 1,322 1,212 1,193

5 3,30 0,604 0,669 0,643 0,656

6 5,20 0,606 1,030 1,031 0,987

7 Сталь 9ХС 60ШСе 1,64 - 1,843 1,643 1,387

8 3,30 1,093 0,850 1,181 1,262

9 5,20 0,758 1,025 1,043 1,168

10 Сталь У8 24НЯСе 1,64 . 1,025 1,418 1,262

11 3,30 0,762 0,812 0,712 0,712

12 5,20 0,862 1,019 1,025 1,037

13 Сталь X18Н ЮТ 55HR.Ce 1,64 - 1,293 2,131 2,100

14 3,30 0,468 1,462 3,575 4,037

15 5,20 2,006 2,275 5,050 8,050

Rap03P (г = 10 мм; Х= -45°; І = 0,1 мм) 0,195 0,781 1,240 2,000

За даними табл. 2 видно, що шорсткість значною мірою залежить від V і 5г,

оскільки остання визначає відношення Ь/а і частку пластичної деформації в загальній площі перерізу зрізу. Встановлено, що збільшенням подачі на зуб можна домогтися мінімальної різниці між На і Яаю1Р.

Експериментами визначено ефективність використання косокутної геометрії ножів з від’ємними кутами нахилу різальних кромок та застосування задніх циліндричних поверхонь

ножів з радіусами 6-14 мм. Проведена оптимізація геометричних та режимних параметрів і: умови забезпечення мінімальної шорсткості поверхонь дозволила встановити оптимальн значення геометричних параметрів ножів торцевих фрез та режимів їх експлуатації. ,

■ Результати впровадження торцевих фрез на ВАТ «Верстатуніверсалмаш! (м. Житомир) та ВАТ “Беверс” (м. Бердичів) із запропонованою геометрію різальних частиі показали 'їх високу працездатність. Розроблені чистові та напівчистові фрезі використовуються підприємствами для напівчистового та чистового фрезерування стальни: загартованих деталей та чавунів. Порівняльні дослідження показали їх більш висок; продуктивність по відношенню до шліфування (у 4-6 разів) та обробки фрезами відоми; конструкцій (у 3-5 разів), а також більш високу їх стійкість.

ВИСНОВКИ

1. Комплексне теоретичне дослідження аспектів чистового торцевого фрезеруванн: дозволило розробити теоретичні основи створення конструкцій ступінчастих торцевих фре із косокутною геометрією ножів для чистової обробки плоских поверхонь чавунних стальних загартованих деталей.

2. Показано, що застосування ступінчастого розташування ножів фрез та їх косокутно геометрії дозволяє підвищити продуктивність обробки за рахунок збільшення кількосі ножів, які беруть участь в різанні.

. 3. Розроблена сукупність рівнянь, алгоритми та пробами на ЕОМ дають можливісті

проаналізувати основні кінематичні параметри торцевого фрезерування ступінчастимі фрезами косокутного різання. '

4. Визначено вплив геометрії різальних ножів торцевих фрез на працездатніст: конструкцій фрез, на підставі чого обгрунтована доцільність використання ступінчастих схе» різання та косокутної геометрії різальних ножів.

5. Для чистової обробки площинних деталей підтверджена ефективність використанні косокутної геометрії ножів з від’ємними кутами нахилу різальних кромок та застосуванн. задніх циліндричних поверхонь ножів з радіусами 6-14 мм.

6. Проведена оптимізація дозволила встановити оптимальні значення геометрични параметрів ножів торцевих фрез та режимів їх експлуатації.

7. Результати впровадження фрез на ВАТ “Верстатуніверсалмаш” (м. Житомир) ті ВАТ “Беверс” (м. Бердичів) показали підвищення продуктивності при обробці корпусних т плоских деталей верстатів у 3-5 разів.

СПИСОК ПРАЦЬ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Виговський Г.М., Мельничук П.П. Процес різання торцевими ступінчатими фрезами : косокутньою геометрією різальних частин, що оснащені надтвердими матеріалам»

(HTM)// Вісник Житомирського інженерно-технологічного інституту. - 1998. -№7.-С. 73-81.

2. Виговський Г. Сили різання при обробці торцевими фрезами косокутного різання // Вісник Тернопільського державного технічного університету. - 1999. - Том 4. - С. 148-153.

3. Виговський Г.М. Коливання сил різання при обробці деталей торцевими ступінчастими фрезами // Вісник Житомирського інженерно-технологічного інституту. - 1999. -№ 9. -С. 28-32.

4. Виговський Г.М., Мельничук П.П. Особливості косокутного безвершинного різання //

Вісник Житомирського інженерно-технологічного інституту - 1999. - № 10. - С. 134-145.

5. Виговський Г.М., Громовий O.A., Мельничук П.П. Розрахунок сил різання при обробці

деталей ступінчастими торцевими фрезами», автори// Вісник Житомирського інженерно-технологічного інституту,- 1999. - №11,- С.58-66. '

6. Виговський Г.М., Мельничук П.П. Безвершинне косокутне фрезерування. Шорсткість поверхні // Вестник НТУУ «Киевский политехнический институт». Серия «Машиностроение» - 1999 - Вып. 37. - С. 262-275.

7. Выговский Г.Н., Мельничук П.П. Конструкции и эксплуатация торцовых фрез с ножами из сверхтвердых материалов // Тяжелое машиностроение. - Москва, - 1999. - № 6. - С. 2527.

8. Виговський Г.М., Громовий O.A., Мельничук П.П. Безвершинне косокутне фрезерування. Знос та стійкість // Вісник Черкаського інженерно-технологічного інституту. - 1999. - №4. -С. 94-98.

9. Виговський Г.М., Громовий O.A., Мельничук П.П. Косокутне різання. Деформація і напрямок сходу стружки // Вісник Житомирського інженерно-технологічного інституту. -2000. -№ 12.-С. 76-84.

10. Виговський Г.М., Громовий O.A., Мельничук П.П., Ольшевський B.C. Комп’ютерне моделювання процесу торцевого фрезерування одно- і багатоступінчастими фрезами // Вісник Сумського державного університету. - 2000. -№ 15. - С. 104-110.

11. Выговский Г.Н. Исследование процесса чистового фрезерования торцовыми фрезами, оснащенными СТМ //Тезисы докладов областной научно-производственной конференции “Наука и техника”. - Житомир, 1980; С. 36. .

12. Выговский Г.Н. Особенности проектирования режущего инструмента для робототехнических комплексов // Тезисы докладов II областной межотраслевой научнотехнической конференции "Роботизация технологических процессов в машиностроении и приборостроении”. - Житомир; 1987. - С. 58-59.

13. Выговский Г.Н. Повышение производительности торцового фрезерования на роботизированных комплексах II Тезисы докладов III областной межотраслевой конференции “Роботизация технологических процессов в машиностроении и приборостроении”. - Житомир; 1989. - С. 49-51.

14. Выговский Г.Н. Усовершенствование конструкций торцовых фрез, оснащении; сверхтвердыми материалами // Материалы конференции “Ресурсо- и энергосберегающш технологии в промышленности”. - Киев; 1996. - С. 86-87.

15. Виговський Г.М. Особливості обробки деталей ступінчатими фрезами з косокутньок геоцетрісю // Материалы конференции «Высокоэффективные технологии і машиностроении”. - Харьков; 1998 - С. 14-15.

16. Виговський Г.М. Конструювання торцевих фрез для чистової обробки деталей // Сборнш трудов V международной научно-технической конференции «Машиностроение і техносфера на рубеже XXI века». - Том 1. - Севастополь-Донецк; 1998. - С. 147-149.

17. Виговський Г.М. Підвищення продуктивності фінішної обробки поверхонь дет алеї фрезеруванням // Сборник трудов VI международной научно-технической конференцій «Машиностроение и техносфера на рубеже XXI века». - Том 1. Севастополь-Донецк; 1999

. -С. (33-137.

18. Выговский Г.Н., Громовой А.П., Курьята П.В., Мельничук П.П. Компьютерно!

моделирование процесса торцового фрезерования одно- и многоступенчатыми фрезами / ZBORNIK RADOVA PROCEEDINGS 26th. Jupiter konference with foreeign participants. -Beograd;2000.-C. 3.65-3.71. ’ '

19. Виговський Г.М., Громовий O.A., Мельничук П.П., Ольшевський B.C. Прогресивн . направлення удосконалення торцевих фрез для чистової обробки плоских поверхонь/

Материалы 15 Ежегодной Международной научно-технической конференциі «Прогрессивные технологии в машиностроении» (ТЕХНОЛОГИЯ-2000). - Одесса; 2000. -С, 45-46. . '

20. Торцовая, ступенчатая фреза: A.c. 1036475 СССР, МКИВ23С5/06 / Г.Н. Выговский.-№ 34441648. Заявлено 24.05.82; Опубл. 23.08.83, - Бюл. № 31.

21. Торцовая ступенчатая фреза :А.с. 1495023. СССР, МКИ В23 С 5/06 / Г.Н. Выговский. -№ 4255629. Заявлено 02.06.87; Опубл. 23.07.89, - Бюл. № 27.

22. Способ плоского фрезерования: A.c. 1641521. СССР, МКИ В23 С 3/00 / Г.Н. Выговский В.Е. Юмашев. -№ 4676684. Заявлено 11.04.89; Опубл. 15.04.91, - Бюл. № 14.

АНОТАЦІЇ

. Виговський Георгій Миколайович. Підвищення працездатності торцевих фрез дл: чистової обробки плоских поверхонь деталей. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністк

05.03.01 - Процеси механічної обробки, верстати та інструменти. - Національний технічниі університет України “Київський політехнічний інститут”, Київ, 2000.

Дисертація присвячена розвитку теоретичних основ процесу чистового торцевогі фрезерування та питанням практичної реалізації процесів . фрезерування при фінішнії обробці чавунних і стальних загартованих деталей. Проаналізовані основні кінематичи

стальних загартованих деталей.

Ключов1 слова: чистове торцеве фрезерування, косокутне р1зання, стутнчасгп фрези, еометричш параметри.

Выговский Георгий Николаевич. Повышение работоспособности торцовых фрез для истовой обработки плоских поверхностей деталей. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой ступени кандидата технических наук по пециальности 05.03.01 - Процессы механической обработки, станки и инструменты. -[ациональный технический университет Украины “Киевский политехнический институт”, !иев, 2000.

Диссертация посвящена развитию теоретических основ процесса чистового торцового резерования и вопросам практическойреализации процессов фрезерования при финишной бработке чугунных и стальных закаленных деталей. Анализ выполненных исследований оказал, что процесс чистового торцового фрезерования изучен недостаточно полно, имеет есто противоречивость существующих рекомендаций относительно применения и условий -сплуатации торцовых чистовых фрез. Основными направлениями совершенствования эрцовых фрез являются использование прогрессивных схем резания, обеспечивающих величение количества ножей, принимающих участие в резании, и применение оптимальной гометрии режущих частей ножей фрез. Выполненный анализ особенностей конструкций, <сплуатации и работоспособности торцовых фрез для чистовой: обработки позволил становить, что для повышения их работоспособности необходимо использовать омбинированные схемы резания с разделением припуска по глубине и подаче, а для озможности срезания тонких слоев среза и повышения качества обработки - применять осоугольную геометрию ножей. Разработаны конструкции специальных торцовых фрез для истовой и получистовой обработки. Выполнен анализ основных кинематических араметров процесса ступенчатого фрезерования с косоугольной геометрии ножей фрез, [редложены уравнения для расчета толщин среза, длин режущих кромок ножей торцовых рез, площади срезаемого слоя, расчетной высоты микронеровностей, сил резания при эрцовом ступенчатом фрезеровании. Для расчета основных кинематических параметров гупенчатого фрезерования разработаны алгоритмы и программы расчета на ЭВМ.

Экспериментальными исследованиями выполнена проверка теоретического анализа разработанных практических рекомендаций по условиям эксплуатации специальных фрез.

Подтверждено, что применение косоугольной геометрии ножей фрез приводит к -жжению удельной нагрузки на единицу длины режущей кромки и повышению стойкости рез.

Установлены оптимальные значения геометрических параметров ножей фрез и ежим их эксплуатации из условия обеспечения минимальной высоты микронеровностей и аксимальной стойкости.

Для чистовой обработки плоских поверхностей деталей подтверждена эффективность применения косоугольной геометрии ножей фрез с отрицательными углами наклона режущих кромок и использования задних цилиндрических поверхностей ножей с радиусами 6-14 мм.

Сравнительные испытания разработанных торцовых фрез показали их более высокую производительность по отношению к шлифованию (в 4-6 раз) и обработке фрезами известных конструкций (в 3-5 раз).

На основании производственных испытаний разработанных торцовых фрез предложены рекомендации по их применению при обработке плоских поверхностей чугунных и стальных закаленных деталей, которые могут быть использованы на машиностроительных предприятиях.

Ключевые слова: чистовое торцовое фрезерование, косоугольное резание,

ступенчатые фрезы, геометрические параметры.

Vigovsky G.M. How to Increase Functionability of Face Milling Cutters for Finish Machining of Plane Parts. - Manuskript.

Thesis on cosearching for a teaching degrees of candidate of technical sciences on speciality

05.03.01 - Machining processes, machinine-tools instruments. - National technical university of Ukraine “Kiev polytechnic institute”, Kiev, 2000.

The thesis is dedicated to development of fundamental theory of process of finish face milling for finish machining of hardened cast-iron and steel parts. The main kinematic parameters of process of stepped milling with using of slanting-angle geometry of cutting elements were analyzed. The process of face milling was studied. On its basis the guidelines are designed to definition of optimal geometrical parameters of face milling cutters and cutting mode when machining of hardened cast-iron and steel parts.

Keywords: finish face milling, slanting-angle cutting, stepped milling cutters, geometrical parameters