автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Разработка концевых фрез для обработки полимерных композиционных материалов

» \

"ФжЬКШ П0ЛТЕХН1ЧНИЙ 1НСШУТ

\VJ

На правах рукогшсу

АДЛМШИ ШР1Л 1ВАНШ1Ч

РОйРОБКА К1НЦШИ СРЕЗ ДНЯ ОБРОБКИ ШШНЕРНИЗ КОМПОЗИЩШПК MATEPIAJIB

Спец1альн1сть 05.03.01. - Процеси механ1чно! та

3>l3HKû-TexHl4H0ï обробки, верстати та 1нструменти

ABTOPEQEPAT

дисертацП на здобуття вченого ступени кандидата техн!чних наук

Ки1й - 1994

Робота е рукеписом

Робота виконава в КиЯвському пол1техн1чвому 1нститут1

Науковий кер1вник - Лауреат Державно! прем11 УкраКни, кандидат техн1чних наук ЛУПК1Н Б.В.

Науковий ковсультант - члея-кореспондент НАН УкраТни, доктор техн1чвих наук, профеоор Рвд1н П.Р.

Оф1ц1йн1 опоневти: доктор техн1чвих наук, профеоор Карпк Г.Г.

кандидат техн1чних наук Цденко С.И.

Ведуча орган1зац1я - Швський Дервавний ав1ац1йний завод, м.Ки

Захист в1дбудеться " 19 " ререскя 1934 року я .15.00 ш зас1данн1 спец1ал1эоваво5! ради К088.14.15 при КиТвському пол1техн1чному 1нститут1 за адресою:

252056, м.КШв, проспек! Перемоги, 37, КП1, корпус 1 вуд.ЗЮ. ■ ■

3 дисертац1ею моина ознайомитись в б1бл1отец1 КиТвського пол1техн1чного 1нституту л а

Автореферат роэ1сланий " О п Л^/МС*' 1994 р.

В1дгуки на автореферат дисертацИ у двох екземплярах, эав!рен1 герСовою печаткою установи, просимо надсилати на адрес Ки1вського пол!техн1чного 1нституту, вченому секретарю.

Вчений секретар спец1ал1зовано!С ради,

-----

к,т.н., доц. ' Ромапенко В.

А Н О Т А Ц I Я.

Метою дисертац!йно£ работи е п1двиш,ення ст!йкост! к!яцевих фрез та звиаевня ворсистост! зовн!шв!х шар1в заготовки за рахувок створепня нових конструкций спец!альних 1нструмент1в для обробки листових полхмерних композиЩйяих матер!ал!в.

В робоП виршов! так! завдания.

- Досл!дшен! форми передн1х та задн1х поверхонь леза фрези з прямол1н!йними та кривол1я!йяими зуб'ями, що чергуються М1Я собою. Визначен1 р1вняння кривол!н!йно!£ р!шучо! кромки, статичи! та к!нематичн! кути леза.

- Проведений анал1з завантааення р1жучо! частини фрезы, вир1-шея1 технолог1чв! завдання щодо виготовлеяня та переточки 1встру-мевту.

- Визначея! математичв! модел! процесу фрезерування як функ-ц!ональя! зал'ежност1 сил р!зання та ворсистост1 оброблено* поверх-н1 заготовки в!д геометричних параметр1в р!жучо! частини фрези 1 режим!в р!зання.

- На основ! одержаних моделей оптим1зован1 геометричн! пара-метри зуб'1'в фрези та визяачен! рац1ональв1 значення режим!в р1-зання.

О - ДослШеянй вплив елемент!в реяимхв р!завня аа ст!йк!сть 1нструменту, величину ворсистост1 зовяшпх шар!в заготовки та шершав!сть оброблено? поверхн!.

Автор захищае:

- Разроблен1 кояструкцЦ к1яцевих фрез для обробки листових лол1мервих композиц1йних матер!ал!в.

- Методику та результата профишвання р1аучо! частини фрези з прямол!н1йнимя та кривол!н1йними зуб'ями, що чергуються м!и собою.

-.Результата аяал1тичних досл!джень по визначеяню геометрич-них параметр1в р!вучо!С частини фрези в !нструментальн1й та к1нематичн!й системах координат.

- Результати аналггичвих дослЦщень щодо визначення заванта-шення р1шучо! чаотини фрези.

- Результати експериментальних досл1джень 1 математичн! модел! сил рхзаяня та ворсистосП зовн1л/н!х шаргв заготовки в залеш-вост! в1д величияи геометричних параметров леза ! реким1в обробки.

- Результати експериментальних дослШень ст!йкост! фрези та ворсистост! поверхн! в залеаност! вЗд елемент!в режим1в рЗзання.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ.

АктуалыИсть.

Об'вктивна потреба розвитку р1зних галузей промисловост1 в матер!алах, що мають комплекс високих експлуатац1йяих властивостей та високу м1цп!сть, зумовила створепия новях високом!цних пол!мер-вих компоэиЩйннх матер!ал1в (ПКМ). Останн1м часом в промисловост1 при виготовленн! деталей л1тальних апарат1в, с!льськогосподарсько* техн!ки, товар1в широкого вяитку знаходять оастосувапня органопластики та Пбридн1 ПКМ з органХчними волокнами. Але б1льш пгироке впровадження цих иатер1ал1в стримусться в ряд1 випадк1в ïx низькою оброблюван1стю р.1заяпям, що характеризуемся низькою ст!йк1стю 1нструненту та незадов1льною як1стю оброблено! nosepxni.

Фрезерування цих матер1ал1в к1нцевими фрезами е широкорозпов-сюдаеною, складною 1 в1дпов1дальнсю оперец1си, що потребуе ство-репня спец1альяих р!зучих 1нструыент1в, тому цо стандарта! фрези у С1льшост1 випадк1в виявляються непридатними. Це поясвюеться тим, ¡до в процес! оброОки виникають розлохШ.чувавпя, розшаруванпя, сколи та !нш! дефекта па оброблен!й поверхн1, для усунеаня яких в ряд1 внпадк1в доводиться вводятв додатков1 onepauiï для зачистки кромок заготовки за допомогою напилк1в чи механ1зовапях ручних засоб!в.

1снуюч1 спец1альй1 1нструненти для обробки ПКМ склада! за конструкц!ею та нетехнолог!чз1, що обмеяуе ïx застосуваяня в про-ыисловост!. Тому завдання створення ефективних, простих за конструкцию 1 технолог1чних !нструмент!в, як1 перешкодзають розлохы1-чуванню та ровшарувавням листових волокнистих композит^ при фре-веруванн1 в актуальним.

Ивтоди досл1даонь.

Теоретична частина досл!дзеяь викояана 1з застос5гваяняк мето-д1в векторно! алгебра, апал1тично! та диференц1ально1 roatierplï, Teopiï формоутворенвя поверхонь р1заппям. Освоений об'ем роэрахун-К1в проведений на ПЕОМ типу IBM PC XT/AT,

Експериментальн1 досл1даеяня проводшшся на цирокоуя1версаль-ному -Фрезерному верстат1 мод. 5Б75С1 з використапвям сучасно1 апа-ратури.Як 1иструменг використовувалися разроблен! дослЗдн! зраз:«: к1пцевих фрез. ОброСка експериментальвих данях. проводилась па OCHOB1 метпд1в MaTeMaTH4Hoï статистики та Teopiï плапувачия eircne-римент1в.

Наукова новизна роботи.

Була развинута теор1я профхлювання ршучих 1нструмент1в, зо-крема, к!нцевих фрез, ршуча кромка яких являе собою просторову криву. Проведений анал1з впливу р1звоман1тних сполучень форми пе-редньо! та задньо! поверхонь та лших конструктивных лараметр1в на форму р1аучо'1 кромки, геометричн1 параметри та завантаяення р1ну-чо1 частини. Одержан! математичн1 модел1 процесу. к1нцевого фрезе-рування листових пол1мерних композицайних матер1ал1в.

Практична корисн!сть роботи полягае в разробц1 спец1альних конструкцШ кхнцевих фрез для обробки листових ПКМ, що дозволяв п1двищити ст1йк1сть !нструменту та якасть оброблено! поверхн1 <зниження ворсистост1 зовн1шн!х шар1в заготовки).

Разроблена иженерна методика та программ для розрахунк1в конструктиввих та геометричних параметр1в фрез для заданих умов обробки. Видан1 рекомендацП щодо вибору рац1ональних значень геометричних параметр1в р:шучо1 частини 1 режим1в обробки.

Реал1зац1я результат« роботи.

Досл1дно-промислова перев1рка результате досл1даевь проводилась в Украхнському НД1АТ та па Черн1Пвському оптико-механтчному завод1. Розроблен1 конструкцдх кгнцевих фрез прийнят1 до викорис-Т/Чшя в серхйному виробництв1. Оч1куваний економ1чний зфект скла-дас 570,0 тыс. крб. в ргк у цмах 1993 року.

Апробац1я роботи.

Основа! пояснения дисертацМнох роботи були представлен!, до-повидались та обговорювались на всесоюзних науково-технгчних кон-ковференц!Ях "Технология виробвицтва деталей !з компооиЩйзих ма-тер1ал1в",ки1в, 1991 р.та "Нов! високоефективв1 конструкцП ражу-чого !нструменту 1 оснастки для механ1чнох обробки деталей",Санкт-Петербург, 1992 р., республ1канськ1й науково-техн1чн1й конференцзл "Конструювання та виробництво виробхв 13 пол1нерних 1 металевих композиц1йних матер1ал1в", Свпатор1я, 1993 р., та на мздшародному науково-техн1чному семншр1 "1нтерпартнер-93"-"Ь'исок! технолог!! в машинобудуванн! - досягнення нового р1вня", Харк1в, 1993 р. Робота долов ждалась та була схвадена на розширеному заиданн! кафедри 1н-струментального виробвицтва Кигвського пол1технлчнога пюгитуту.

ПушпкацП.

За материалами дисертацшкн роботи опубликовано 5 ройлт, в гшу чися! 1 авторство сеодоцтйо СРСР, к||1м '¡ого одержано 3 пози-гивних ртшепня на синачоди.

Структура та об'ем роботи.

Дисертадхйяа робота складаеться Í3 вступу, шести розд1я1в, загальних висвовкхв, списку лйератури га додатк!в. Робота викла-дена на 132 cropiSKax машинописного тексту, вм!щуе 69 рисунк!в, 5 таблиць та список л!тератури з 104 наймевувавь.

0СН0ВНИЙ 8HICT РОБОТИ.

Основними вимогами, що пред'являються до к1нцевих фрез при обробц1 поламерних композит!в, е технолог!чн1сть ковструкцН, ви-сока cTiüKicTb 1нструменту та висока як!сть оброблево! поверхн! детал!.

В po6otí виршувалось завдання як удосконалення 1снуючих конструкций 1нструмент1в, так i створення гами нових конструкц1й фрез. Розробка нових констукц!й к1вцевих фрез для обробкй листовых ПКМ базувалась на аде! разпод1лу припуску Mi® зуб'ями !нструмевту. Фрези, ршуча частина яких являе собою сукупн1сть р!кучих кромок, пристосовувались до умов обробкй в середн1й частив! листово! заготовки ia на íi краях. Основними напрямками розробки фрез булс стовреввя за рахунок спец!ально! р!зально2 частиви умов для "брию-чого р!зання", для вольного р!заввя, для вад1йного струнков1дводу. Кр1м того, з метою уникнення розлохм!чування 1 скол1в, на зовн1ш-н1х поверхаях заготовки осьова складова сили р1зання направляла« всередину оброблювавого матер1алу.

В результат! було разроблево чотири нових конструкц1'1 спец!-альвих фрез для обробкй листових ПКМ {а.с.СРСР N 1833769, позитив н1 р1шення по заявках N 5012077/08, N 5012788/08 та N 5018204/08)

5а базову конструкц1ю для досл1диевь вибрана фреза, що скла даеться з приеднувальао! частини та корпусу, на якому виконан; зуб'я 1 з прямол!нШими р1кучиии кромками та зуб'я 2 з крив ал i я!йними рмучими кромками, причому зуб'я 112 чергуються м!ж со бою (рис.1а, 16). Передня поверхня зуба 2 виконана у вигляд вв!гнуто1 цил1ндрично! поверхн! з тв!рною 1, розташованою в площи н! А-А 1 нахилево1 п1д кутом 15 в базов!й точц! А р!вучо! кромк <рис.1в). При цьому форма передньо! поверхн! в площив1 Б-Б, пер пендикулярн1й тв!рн!й мояе бути р!зномав!твою, наприклад, кругло <рис.1г), зкругленою (рис.1д), Фасонною (рис.le).

Задня поверхня цього в зуба виковава у вигляд1 вв!гнуто цилйдрично! поверхн! з тв!рною т, розташованою в площин1 А-А вахиленою п!д кутом о( в точц! А р!яучо! кромки. Форма задаьоГ пс верхн! таком може бути р1зноман!тною, наприклад, круглою (рис.le;

Г

трапец1сдальною (рис.1ш), парабол1чною (рис.1з) та 1н.

Форми ввн'нутих фасонвих цил1ндричних передньо! та задньо! поверхонь вибирають в залежносШ вад потр1бних значень кута в плана у) та кута нахилу р1яучо1 кромки Л в точц1 перетину зовн1шньо! площиви л истов о'1 заготовки з кривол1а1йною ршучою кромкою, тому ио саме на зовн!шн1й поверхн1 заготовки утворвються розшарування, скопи та 1нш1 дефекти обробки. Дгаметр кола Бп, що проходить через вруний зуб'тв з прямолШйними р1яучими кромками выбраний меншим, п'я д1.аметр кола що проходить через вершини зуб'!в з кривол!-рШ:чми р1вучими кромками (рис.1в).

Р процес! обробки зуб 2, ввасладок того, щп його р!шуча кромка г ув¡гнутою, ян ¡мае частияу припуску, утворюючи на заготовцх 3 ррч'унпу порррхнп 4 (рис.1к). Наступний прямий зуб 1 формуе оста-тчрп прямол1е5.йну оброблену поверхню 5, залишаши Фаски 6.

В робот! запропопована 1дея проф!лпвання криволшйного зуба, шо пплягаг в тому, що форма передньо! та задньо! поверхонь назначаться 1з технологачвих мгркувань, а пот1м визначасться форма рзиучо'1 чромки, кути леза та зававташення рд.вучо! частини.

!1лоск1 та цил1ндричн1 поверхн1 б зайбЛльш технолог1чними 1 л°гко угворюгаться на асвуючому универсальному обладнанн1. Виходячи з цього, в робот1 розглядались випадки заданвя передньо? та задньо! поверхонь у вигляд! р1зноманггних сполучень плошян та круго-вих цил!ндр1в: а) передня поверхня - круговий цилзядр,задня - плотина; б) передня поверхня - плотина, задня - круговий цил!ндр; в) передня поверхая - круфэдй цил!вдр, задпя - дв1 похилих площини; г) передня та задня пов'ерхя1 - кругов1 цил!вдри.

Для вс1х випадк!в задання форми передн!х та зада1х поверхонь граф1чно 1 анал1тично визначев! р1иуч! кромки кривол!н1йного зуба. При визначенн! р!внявня р1яучо! кромки записуються р1вняння передньо! та задньо! поверхонь. Пог1м в перер1зах, перпендикулярних до ос1 фрези, шляхом вир!шення системи р!внянь визначаються координа-ти точок перетиву передньо! та задньо! поверхонь. Сукупн1сть одер-шаних точок 1 утворюють криву, ва як1й знаходиться р!яуча кромка.

У випадку задання передньо! та задньо! поверхонь у вигляд1 кругових дил1ядр1в (рис.2) р!вйяння р1вучо! кромки запишеться так:

Рис.2. Схема для Зшначення piß я.pixyvoï ,кромл</ frtfycerfw? /77а jatfvj? /7oáe/?x#¿-Кругов IfLLVLfftfouJ

z= za

R -costf+R -costf-sinioC+V)

X=X, • cosoC+Y. • sino(+R+ —2---- r . alnK

2 2 cos(o(+Ti) n

(R + R -sin(o(+ff)).3intf

Y=Y,-C030( - X0-sino(+-2-й---+ R -cos»

2 2 cos(c<+tf> n

де X2 = - /r2 - Z2

- "/r2 - Z2 -sin(o(+tf) - -/r2 - Z2

Y = -2-П-

2 cos(o(+V)

I?n i R3 - рад1уси в1дпов!дно передньо! та задиьо* поверхонь;

R - радиус яаийб1лью эаглиблеяо! в т1ло зуба точки А; (f 1 о( - передн1й та задн!й кути в точц! А.

S метою визначепня р1яучих можливостей к1нцево! фреэи та оВ-грунтувакпя вибору Формя передньо? та задньо! поверхояь буля виэ-пдчев1 геометричв! параметр« р1нучо? частиви фрези в 1нструмеп-тальн!й та к1яематичп1Я системах координат. У раз! задання перед-ньо! та эадяьо! поверхонь у вигляд1 круговях цил1адр!в р1впяпня для визначення геометричних параметра кривол1н1йного зуба мають вигляд:

- для кута в план1 \р -

ct©> = tgq-tg(c(+«)-cos?51 + tg/i-costfj - tgn-sln^ (2)

- для кута нахилу р1яучо! кромки А -

sln(o(+tf)-sintf,-tgn + tg/ti-sinff, + cos(o(+S>-tgr}-cos», slivl =—— 1 -........ -............ <3)

v{sin(o(+i;)-tgn,+ tau)2 + cos2(o(+i5)-tgar) + .соз2(о(+У)

де »j, oC± - передн!й та задн1й кути в задан1й точц!;

I? - кут м1я вормаллю до передвьо! поверхн1 та робочою пловдпою: (I - кут м!ш нормалл» до задвьо! поверхн1 та робочою площиною.

- для нормального ку;':а загострення ^ -

й!пф 1 Sinill J ^

де 8г = агс1в[-

]: е2 = 90» - (я+я+е^ (5)

Я, + Кп-(зШ(о(+«>

У випадку, коли передня чи задня поверхня - площини, наведен1 вище р1вняння перетворюються п1дс. дновкою значения кута в1дпов1дно П = 0, чи Д = 0. Якщо ш задня поверхня - похила площина, то кут /1= 90 0 - е, де 8 - кут нахилу задньо! площини до робочо! плошяия. Анал1з впливу геометричяих та кояструктивних параметр1в на кути леза фрезя показав, що якщо передня поверхня - цил1ндр, а задня -площина чи передня поверхня - площина, а задня - цил1ндр, то яеза-лежзими мояливо яазначати або кут у), або кут А. При заданн! передни): 1 эадньо! поверхояь у вягляд1 круговях цил1ндр1в чя передяьо! пов£.'рхн1 - цил1ндром, а задньоУ лохилимя плотинами, кути у> 1 Л мояугйво наэначати незалежвячя. Причому останн1й вар!авт мае перевагу, тону що в меяах активно! д1лявки р1вучо! кромки геометричн! паралетри р1шучо! частини фрези в менш1й м1р1 в!дхиляються в!д задания рац1ональпих значень (рис.3).

У робот 1 проведений аная1з заваптаиення р1жучо! частини фрези. Встаноелений вплив сукуппост1 кояструктивних та техяологхчних елемент!в на перигин зр1зуваного шару, визначен1 швидкост! точек рнкучих кромок, товщяни зр1з!в та активна довшина р1а,"учих кромок.

Як випливас з ааая1зу завантаяення р1иучо! частини фрези, точки кривол1р1йного зуба, разм1шен1 в середн1й частин! профЛлю практично не приймають участ1 в роСот1. Це значить, що кривол1ч1Я-ну р1нучу кромку варто формувати т1яьки на дШнШ II активно! довнини. В протилегному випадку ослаблювться зуб фрези, пог1ршу-ються умови теплов1дводу.

Встаповрио, що г. метою рационального розпод1лу навантаяезяя, а значить 1 падзищёння ст!йкост1 фреза, доц1льно, щоб крявол1н1йна. р1вуча кромка зз1мала фаски на краях заготовки у вягляд1 тонких струнок, а середяю трапец1евидну частину зр1зувала б прямол1н1йна кромка. Це викояусться за умови, коля Е < Д та 22.I < Д, де Е -величина перевящення рад1уса крайньо! проф!яюячо1 точки кривол!-яШого зуба по в1дяоиенню до рад!уса обертання точок ярямол1я1Я~ ного зуба, Ъг - величина подач1, Д - ув1гяут1сть крявол1я1йяо! р1вучо! кромки.

Товщяяа зр!зу прямолШйного зуба бЗлыяа товщини зр!зу крзво-гЛпЫпого зуба, тому 1ятеясияя1оть эяосу цих эуб'!в р!эяа 1 у пря-молШйного зуба вона вита. Гаке сп1рв1дяошеяяя варто яваиати спри^.чивим.отому що дефекта обробки утворюються головпим чином на

ТГ

Рис.3. fpQcpLKU ¿Mtt/v л угла â плане с л угла нажил. рСжучоТ AjCP/1/ш SídoSосе ço/эези:

--/¡oßepjcw - itujtitfá/],

âaâs/я - /r£>x¡/^f¿ /7/tou¿z///?sj ----nepeâ.WJ? С застоя /toSS/UHC ~ Цшсхфг/.

H», m 0.8

0,5

OA

0,2

о 20 40 60 ВО У,

V

Рис. Гоаоосхи 3&j7ewec/77i âeoже/ни / <

Л'ез/эсгсъугух âjy/axrw ¿¿о' лупа à'

/iiarfi /r?j /cwnci //.'j v¿,w ,fí;> í,i v. :y.r.v

вн!шн!х поверхяях заготовки, тобто на д1лянках, де пращое криво-н1йаий зуб.

У робот1 вир!шений ряд технолог!чних завдань. Зокрема, визна-н! величини вр!зання шл!фувального круга по передя!й та задн!й верхнях при виготовленн! фрези, встановлена гранична товщина ба за умови в1дсутяосг! 1ягерференЩ1, досл!джеяий вплив переток по задн1й поверхн1 на зм!ну геометрИ р!иучо1 частини. На ос-в1 одержаних аиал1тичних заленностей для ПЕОМ типу 1ВМ РС ХТ/АТ дроблен! програми для проектування Фрези для заданих умов оОроб-:. В1домими вважались - товщина оброблювано! листово! заготовки, личина фаски на детал!, значения кут!в леза с(, К, у), Л 1 д!аметр )е;;й, а також глибина р1оання та подача.

Назначались конструктивя! параметри фрези - рад1уси лередньо! | та зэдпьо! иил1ндричних поверхонь або кут яахилу площяя зад->о£ иоверхн! е, величини вр1зання шл!фувального круга в заготовку > пеиедШй та задя!й поверхнях при виготовленн1 Фрези (й та д1аметр зуб'?в з прямол1н1йними р!жучими. кромками, а такош швдеви зр1зу в заданих точках вздовж ос! фрези.

Метою силових випробувань було одершання математичних моделей )0цесу к1нцевого фрезерування ПКМ, як функЩопальних залеяностей р!зання та ворсистост! оброблеао! поверхн! в1д дев'яти зм1н-!х, 1 на 1'х основ1 визначеяня рац1ональних реяим!в обробки та ?ометричних параметр1в р!жучсп частини. За метод математичного эделювання процесу р!зання був прийнятий метод групового обл1ку н-умааПв (ИГОА). Експериментальн1 досл1дгненяя досл1дяих зразк!в эез, р1иуча частина яких виконана з швидкор1а-7чо! стал! Р6М5, ияснювались на верстат1 мод. 5Б75Ф1.

Вх1дними зм1нними факторами при моделюванв! були вибран1 1аметр фрез^В, задн!й кут о(, передн1й кут Я, кут в план! \р в эчц! перетину кривол!я1йно!( р1шучо1 кромки з зовн!шньою поверхнею' готовки, величина фаски, що утворюеться на заготовц1 I, а такош зидк!сть р!заяня V, подача яа зуб та глибияа р1заяня X. При эделюванн! роботи зуба з прямол1н1йною р!яучою кромкою кут в пла-Г\р та кут нахилу р1яучо! кромки Л виключалися э числа вх!дяих арзметр1в, тому що в ус1х випадках и> = 90 1 = 0

Мек1 вар1ювання решим1в р1эання та геометричних парэметр1в 1аучо1" частини 1нструмент1в вибиралися на основ! анал!зу в.1домоГ' эформаци в галуз! обробки пол!мерних композиц1йних матер5ал1в. йбран! меж! зм1ни досл1дяуравия амаянях яаведея! в тлблиц! 1.

Таблиця 1.

Meal зм1ни фактор1в 3 м 1 н н 1 {фактори)

R.mm (Р.0 Л, • 1 ,мм 7,м/хв. Sz,мм/зуб 1* |ММ

верхня нишня 22 8 40 5 30 -б 70 10 ' ф1к-сов. 1.0 0.2 ео 10 0,8 0,01 5,0 0,5

8м1нн1 фактори зм1нювалися на п'яти р1внях, статистичний план експеримент!в включав 46 досл1Щв. .

Попередн1ми досл!дами було встановлено, що при к!нцевому фре-зеруванн1 органопластика, э точки зору п1двищення якост1 noBepxBij обробку доц1льно вести проти напрямку подач!. Тому в результат! обробки експериментальних даних були одершан1 модел! процесу р1зання для прямол1н1йного та криволШйного зуб'!в фрези при зу-стр1чному фрезеруванн1 органопластика поперек армуючих волокон. За вих1дн! функц1! прийнят! результуюч1 сили р!зання Fnp та Гкр , що д!ють на зуб'я фрези, а такой довкина незр1заяих влокон зов-н1шн1х шар1в заготовки Нв.

Для результуючо! сили Fnp , що д1е на прямолШйний зуб синтезована математична модель мае вигляд:

F = ехр(6,201-1,048- 10~3Slno( + 7,265-10~so(2) * пр. (7)

sC3,028-10~2f2VTS/lnS + 8,3-10"7o(2i3V;.tf2,475-10"2tlnB/lnt;

ж----—-.--■-'--—■—'-■-.-

' yV(0,02-i-5,6-10-7KV-3,2-10"7o(+-3,5-10_eiiIlnS+l ,7-10_eo(2f3)/lnV

Точн1сть модел1 (похибка апрксийацП) на вс1й посл!довност! даних дор1вшое: 5 = 21%.

Для результуючо! сили Г , що д!е на кривол1н1йний зуб (6=18,5Й>:

кр.

F = ехр(5,372 + 0,199ilno( - 5,847-10~2\|>lnc(-lni) -

кр.

- 5,847■ 10~eR^lnc<-ln\p - 3,349-10~7№|>Л1по(-1Щ1) ж g2,7-10~4S2\()lno(-lntf/lnS - 4,Ы0~4Ш ,tt(l ,455-10~2ASit)

ж.-------'-

\р1по(-1пЖ5,423-10~4 - 1,24-10~ес(1пс<) (8)

Для величия» ворсистост! обрблеяо! поверяя! На (б = 24Ж>:

Нв= - 2,121 + 2,154-10"2у)1 - 2.25-10_3Ш.Ш( * дЗ,6-10~+т - 1,1-10"7о(ЛУг53г21пН -10-ес<АУг331пВ-1пЗ)/1п1

ж ---

7У1П5(1,а78-10~*Л1 + 1,26-10~г15ипБ)/1п7 (9)

Проведений анал1э структури моделей та перев!рка П адекват-воет! експериментальним даним дозволили вважати модел! придатними для дослШеивя р!яучих властивостуй фреэи та оптим1эац11 П кон-структивних елемеят!в та умов експлуатацН.

Анал!з залеяностей (7 та 8) показус, що найб!льший вплив на результуючу силу р!заяяя Гпр 1 Гкр в досл!дяуваному д1апазон1 зм1ай вх1дних параметра спричиняють подача на зуб, глибина р!зан-яя, эадн1й кут 1 величина превищеяяя д1аметра кривол1н!йвих эуб^в по вШошеввю до д!аметра лрямол!а!йзих зуб'5;'в, що характеризуеть-ся величиною фаски обрболено* поверхн1 детал!, В мевш18 м1р! на силу р!заяяя впливають швидк!сть р!зання, передни кут, рад1ус фрези, кут в план! та кут нахилу р!яучоХ кромки.

Величина вес. 1заних волоков Нв оброблюваного магер1алу,зг!дяо з моделлю (9), визначаеться головним чином режимами обробки - подачею та глибиною р1заяня, а такоя кутом в план1 у), кутом яахялу. р1жучо¥ кромки Л та задн!м кутом о(. ймевшення кута в план1 \р (у> < 90 •) лрязводить до того, шо р!внод1йна в1д сил р1завня заправлена всередину заготовки. Такий напрямок р!внод!йно! переикоднае розша-рузаивю зовн!шн!х шар1в матер!алу, позитивно впливае на як!сть обробки. В усьому д!апазоя! зм!ни параметр1в не вдалось одеряати як1сну поверхню при у>,~ 90°. По М1р1 змейшення \р як1сть обробки пол1пшуеться'"х, починагочи з у> = 50 довиияа незр1заних волокон. матер!алу не превищувала 0,2 мм (рис.4). Однак знияення кута в план1 до эначеявя 20 • викликае эначне зб1льиеяяя нормального кута загостревяя 1 зменшення головаих передяього та заднього кут!в, внасл!док чого р!зання стае немоиливим.

Кут нахилу р!жучо* кромки Л в1д1грае ваяливу роль при обробц! волокнистих пол!мерних композит!в, що характеризуються низькою жорсгк1сгю волокон та вясоком м!цн1стю. Так при обробц! органопластика 1з эИльшенням А в!д 0 0 до 50° довяина незр1заяих волоков зменшилась в!д 1 мм до 0,2 мм. Наявн1сть великого куга яахялу р1шучо! кромки створюе умови для бриючого р1зання, яке дае найкра-иу р^ультзта шло яност! обробяеяо* поверхв1 волокнистих ПКМ.

На основ! анал!зу впливу елемент!в процесу р!занпя встаповле-

н! рацхональн! мев1 зм1ни параметр1в - (о(=20 % #=5-7 *, ф=45 % Д=30 - 50 °, 1=0,5 мм, ?=50-60 м/хв, Б2=0,1-0,2 мм/зуб, 1*1 мм).

Ст1йк1сн1 випобування спец!альних кхнцевих фрез запропонова-нох конструкцы продемонстрували гвдвшцення ст1йкост1 шструменту в 2-5 раз1в при зб1льшенв1 продуктивное^ обробки в 1,1-1,4 рази.

ЗАГАЛЬШ ВИСНОВКИ.

1. Розроблен1 конструкцН к1нцевих фрез показали, що найб1льш ирийиятними з точки зору якост! обробки е тнструменти, як! забез-печуыть умови для бриючого рз.зання, для пад1йного стружковилучення га в1льного р1зання, при цьому осьова складова сил и р!зання на юрцевих поверхнях заготовки повинна бути направлена всередину оброблюваного матер1алу.

2. ШйкравЦ результати за як1стю обробки забезпечуе фреза, що мае зуб'я з яривол1н1йвими та прямолШйними ртжучими кромками, що чергуються м1ж собою. При проф1люванн1 застосована система, яка полягае у виборт. форми передньо! та задньох поверхонь за техноло-Пчними ознаками у вигляд! площин та кругових цшпндр1в.

3. Визначен1 геометричн1 параметра фрези в кожн1й точц1 кри-аол1н1йно1 рхшучох кромки в 1нстументальн1й та кл.нематичн1й системах координат. Встановлений взаемозв'язок мин геометричними та конструктивней параметрами фрези. Передне поверхню доциьно зада-вати у вигляд!. цилз.ндра, а задню - у вигляд1 двох похилих площин, тому що в цьому випадку геометричн! параметр« леза суттево не в1дхиляють в задания значень в мешах активно! дтлянки р!жучо! кромки.

4. Досладжене завантаження р1жучо'1 частини фрези. Одержан! формул и для розрахукку товщин зр1з!в та активно! довкини ртжучих кромок. Проведении анал!з зм1ни цих величин в залеашост1 б1д режи-м1в обробки та конструктиваих параметр1в фрези.

5. Виргшене завдання проектування на ЕОМ фрези для заданих умов обробки. В1домими вваааються: товщина листово! заготовки та фаска на деталз., д1аметр фрези, кути леза о(, У, \р, Л в точц; перетину кривол1н1йно1 ршучот кромки з зошпшньою площиною заготовки, глибина р1зання та подача. Висшачаються радзуси цилхндричлшх пе-редньп1 та задньо! поверхонь, глибини IX врезания в т1ло зуба при зиготовлешй, дхаметр лрямстнШх зуо'гв та тонциии ар1ши в кон-н1й точц! р!жучих кромок.

6. (Остановлено, що при о6риьд1 еоиомнетих ((КМ, ир» вопласткк1в, з точки зору ани.нииня ьцюнстисг! Ыф-кг^-а,: I !.•.!, {.хкз

доцПьно фрезеровання зд!йснювати проти яапрямку подач!,

7. 3 використаяням методу трудового обл!ку аргумент!в (МГОА) одериан! математичн! модел1 процесу Фрезеруваняя органопластика к!нцевини фрезами. Матенатичн! модел! в!дображають функц!ональн! залеяност! м1ж режимами обробки, г^ометричяими параметрами Фрези та силами р!зання. На основ! анал1зу одерианих моделей дан! реко-меидацН щодо вибору геометрячних параметр!в р!яучоУ частини фрези та режим!в р!зання (р( = 20-22°, й = 5-7 у> = 45 Л = 30-50 °, Ч = 50-60 и/хв, I до 5 мм).

8. Синтезована мате,матична модель, що эв'яус параметр якост1 обробки - довяину незр!заних волокон яа зовн!ин1й поверхн! заготовки Нв з геометричннми параметрами Фрезп та ренимами р!зання. Встзповлено, ио для забезпечення високо! якост! обробки волокнис-тих пол1мерних коипозят1в, перер!з зр!зу мусить бутя бзльккм д!аяетра дргута аркуючого волокна. Подачу, в залепгаост1 в!д оброб-люваного матер!алу та потр!бноУ якост!, варто яазначати в д!апазо-н! = 0,1-0,2 га/зуб для чистових операц!й та &2= 0,6-0,8 т/зуб для чорпових операц!й.

9. Показано, що ?к!сть обробки залеяить головним чином в1д кут а м!в иапрямком армувааня катер!алу та напрямком руху подач!, а та.тоя в1д ступени зяосу леза. Ризяаченяй технолог1чний ярятер1й затупления - пог!рщення якост! оброблеаоУ поверхн! органопластика, що. в!дпов!дае зяосу зуба по эадя!й поверхн1 й = 0,12 гак Встанов-лений вплпв резим!в р1зання яа ст!Шасть фрези та як!сть обробка.

10. Застосуваяня розроблено! конструкцИ фрези !з пввдкор1пу-чоI стал1 Р6М5 за рахунок створення сприятливих умов р!заняя на торцевнх д1лянках заготовки, рац!ональноУ схеми зр!зання припуску, доц!льних г;."метричнгх параметр!в р!зучоУ частини та ренин 1в р1завня дозволило дсбитися покращаннл якост! обробки лястовях ПКМ. При цьсму ст!йк!сть !нстумеяту янросла о 2,2 - 5,0 раз!в пря" п1двкцепн1 продуктнвпост! обробки в 1,5 - 1,5 разя у пор!вяяян! з! стандартпи:.;.'! швидкор1лучпня фрезами.

11. Е.тано!(1чпяЯ ефзкт в!д зпрозадаевпя розробок в УкраУнсь-:го:1у НЩЛТ та на Чсря1Пзському оптико-механ1чпому заяод! склав 570,0 тнс.крб, в р1к у ц1нах 1993 року.

Основэ! пололеная"дпсертац!У в1добрашен! у роботах:

1. Лулквв Б.8., Равская Н.С., Ковалева Л.И.» Адамепко Ю.И. Исследование спловнх характеристик при фрезерования органопластикой.// Тоз.едокл. конф. Технология производства детояеч г'з кгкпо-очцчояркк материалов.- Киев, 1991.- с.9-10.

2. Родин П.Р., Равская H.С., Адаменко Ю.И. Фреза для обработки листовых пластмасс.// Тез. докл. научн.-техн. конф. Новые высокоэффективные конструкции режущего инструмента и оснастки для механической обработки деталей.- Санкт-Петербург, 1992.- С.53.

3. Лупкин Б.В., Родин П.Р., Равская Н.С., Адаменко Ю.И. Новые конструкции концевых фрез для обработки листовых пластмасс. // Тез.докл. конф. Конструирование и производство изделий из полимерных и металлических композиционных материалов.- Евпатория, 1993.-С.ЗЗ

4. Родин П.Р., Равская Н.С., Лупкин Б.В., Адаменко Ю.И. Повышение качества обработки при фрезеровании листовых волокнистых пластмасс.// Тез. докл. ыеядународн. научн.-техн. семинара "Инте-партнер-93" Высокие технологии в машиностроении - достижения нового уровня.- Харьков, 1993.- С. 22.

5. A.c. СССР N 1833769, МКИ5 В29С 37/00. Фреза для обработки пластмасс/ Лупкин Б.В., Родин П.Р., Равская Н.С., Адаменко Ю.И.

6. Родин П.Р.,Лупкин Б.В.,Равская Н.С..Адаменко Ю.И. Фреза/ Положительное решение по заявке N 5012788/08, МКИ5 В23С 5/04, 5/10

7. Родин П.Р., Равская Н.С., Лупкин Б.В., Адаменко Ю.И. Фреза для обработки композиционных материалов / Положительное решение по заявке N 5012077/08, МКИ5 В23С 5/04, 5/10.

8. Родин П.Р..Равская Н.С., Лупкин Б.В., Адаменко Ю.И. .Фреза/ Положительное решение по заявке N5018204/08, МКИ5 В23С 5/04, 5/10