автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Технология сверления глубоких отверстий малого диаметра с наложением высокочастотных осевых колебаний

На правах рукописи

МАСЛЕННИКОВ Андрей Владимирович

ТЕХНОЛОГИЯ СВЕРЛЕНИЯ ГЛУБОКИХ ОТВЕРСТИЙ МАЛОГО ДИАМЕТРА С НАЛОЖЕНИЕМ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ОСЕВЫХ КОЛЕБАНИЙ

003454425

Специальность: 05.03.01 - Технологии и оборудование

механической и физико-технической обработки

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Воронеж - 2008

5 №т

003454425

Работа выполнена в ГОУВПО "Курский государственный технический университет"

Научный руководитель кандидат технических наук,

профессор

Барботько Анатолий Иванович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Козлов Александр Михайлович;

кандидат технических наук, профессор

Болдырев Александр Иванович

Ведущая организация ГОУВПО "Воронежская

государственная лесотехническая академия"

Защита состоится 17 декабря 2008 г. в 14 00 часов в конференц-зале на заседании диссертационного совета Д 212.037.04 ГОУВПО "Воронежский государственный технический

университет" по адресу: 394026 г. Воронеж, Московский просп., 14.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ГОУВПО " Воронежский государственный технический университет"

Автореферат разослан j^f ноября 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Кириллов О.Н.

иШЦ.Л/1 ЛЛГЛЛ Ж Ы »V ж ж паи ж ш

Актуальность темы. Традиционные методы обработки резанием продолжают занимать важное место в современном машиностроении. К числу таких процессов относится сверление отверстий. Несмотря на весомые успехи известных технологий, проблемой остается высокопроизводительная обработка глубоких отверстий малого диаметра (1-2мм) в труднообрабатываемых металлах, включая, коррозионно-стойкие стали. Отверстия указанного вида широко распространены в деталях и конструкциях различных узлов. Это вставки прессформ, различные форсунки, распылители, элементы охлаждающих систем, детали топливной аппаратуры и другие изделия.

Помимо высокой трудоемкости получения малых отверстий, технологи сталкиваются с малой стойкостью инструмента, низкой производительностью и нестабильным качеством поверхностей.

Известные комбинированные методы обработки отверстий не всегда приемлемы, поэтому механические методы их изготовления являются базовыми на многих предприятиях, тем более хорошие результаты показывает вибрационное сверление. Однако ранее применяемые при обработке отверстий низкочастотные колебания (50-200 Гц) исчерпали себя. Поэтому необходимо создание новых технологических процессов, например, с использованием высокочастотных (500-2000 Гц) осевых колебаний инструмента.

Анализ показывает, что до настоящего времени отсутствуют разработки по теории и проектированию технологического процесса и средства высокочастотной электродинамической вибрационной обработки, что не позволяет использовать этот метод сверления отверстий на практике. Имеющаяся теория не учитывает связь технологических показателей процесса высокочастотной виброобработки с режимными факторами, условиями внешних наложений вибраций, стойкостью инструмента, производительностью и многими другими факторами.

В связи с этим нами сформулирована концепция высокочастотного (диапазон 0,5-2,0 кГц) дискретного сверления глубоких отверстий. Она показывает, что при дискретном сверлении, в определенных условиях, скорость удаления припуска обрабатываемого материала возрастает пропорционально величине технологических вибропараметров, причем без возрастания температурно-силовых показателей. Это обеспечивает возможность интенсификации процесса обра-

ботки и существуют весомые предпосылки создания технологии на базе нового способа формообразования отверстий малых диаметров.

Положительные результаты наших предварительных исследований по разработке нового способа высокочастотной электродинамической вибрационной обработки явились обнадеживающими. В итоге был создан эффективный процесс глубокого сверления отверстий малого диаметра в коррозионно-стойких материалах. Считаем, что данная тема работы отвечает современным требованиям и запросам машиностроения и приборостроения, она является актуальной.

Работа выполнялась в рамках программы АТН РФ «Новые технологические процессы» на 1995-2010гг. и Планом госбюджетной работы ГОУВПО "Курский государственный технический университет".

Цель работы. Исследование особенностей дискретной высокочастотной электродинамической вибрационной обработки и технологических параметров процесса получения отверстий малого диаметра с целью разработки технологии и средств инструментального обеспечения высокоэффективного сверления.

Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи исследований.

1. Установить влияние осевых высокочастотных электродинамических колебаний сверла на стружкообразование и параметры процесса резания.

2. Разработать методики исследований, выявить закономерности и влияние электродинамических высокочастотных колебаний инструмента на формообразование глубоких отверстий малых диаметров, элементы режима резания и выходные параметры процесса.

3. Разработать математическую и уточнить физическую модели процесса сверления отверстий малых диаметров, с наложением на инструмент осевых колебаний высокой частоты (0,5-2,0 кГц).

4. Разработать способ, средства инструментального обеспечения и технологию эффективного высокочастотного вибросверления глубоких отверстий диаметром (1~2мм) в коррозионно-стойких сталях.

5. Провести экспериментальные исследования и промышленную апробацию способа и технологии дискретного высокочастотного вибрационного сверления отверстий малого диаметра.

Методы исследований. При выполнении работ применяли основные положения теорий резания металлов, пластического деформирования, теории электромагнитных и механических колебаний, основы электротехники и магнетизма, динамики станков, методы статистического анализа, численного моделирования и другие. В эксперимен-

тальных исследованиях использовалось современное станочное и измерительное оборудование; вычислительная техника.

На защиту выносятся:

1. Результаты исследования процессов, протекающих при высокочастотной электродинамической обработке отверстий малого диаметра, и комбинированном воздействии дискретного вибрационного глубокого сверления, на основе которых предложен новый способ обработки (поданы заявки на изобретения).

2 Установленные зависимости и построенные математические модели взаимосвязей технологических параметров (подача, скорость резания, амплитуда и частота виброколебаний, условия обработки) процесса сверления отверстий малого диаметра с наложением высокочастотных осевых колебаний с показателями (микрогеометрия поверхности, стойкость инструмента, время обработки).

3. Методику проведения комплексного исследования механизмов высокочастотного вибрационного резания - сверления, включающую: выбор условий обработки и построение моделей процесса вибрационного сверления отверстий малого диаметра с наложением высокочастотных осевых колебаний; численное моделирование параметров с учетом кинетических и динамических характеристик процесса; расчет и особенности проектирования тяговых сил электромагнитов и электродинамического двухполевого вибровозбудителя.

Научная новизна работы включает:

1. Установленный механизм влияние осевых высокочастотных колебаний сверла на стружкообразование и параметры процесса резания, объясняющий как наложенные извне электродинамические колебания способствуют снижению негативного фактора ударного действия режущих кромок инструмента и интенсифицируют процесс мелкого дробления образующийся стружки, что способствует стабилизации температурно-силовых показателей, создает эффект выглаживания и повышает стойкость инструмента.

2. Разработанную математическую и уточненную физическую модели процесса дискретного сверления с наложением на инструмент осевых колебаний высокой частоты (0,5-2,0 кГц), подтверждающих установленные закономерности технологических взаимосвязей входных параметров с выходными параметрами процесса сверления, на базе которых создано устройство (заявка № 2008130462) и предложен новый способ обработки.

3.Теоретическое обоснование рациональных диапазонов технологических параметров процесса высокочастотного вибрационного

резания в комбинации с принудительным прерыванием процесса сверления при пошаговой схеме съема припуска по глубине отверстия, обеспечивающих высокопроизводительную и качественную обработку отверстий малого диаметра в коррозионно-стойких сталях.

Практическая значимость работы.

- На базе предложенного способа (подана заявка на изобретение) и устройства (подана заявка) создана технология дискретного сверления отверстий малого диаметра посредством использования высокочастотного электродинамического вибровозбудителя осевых колебаний инструмента, обеспечивающая получение требуемого качества поверхности, повышение стойкости инструмента при обработке коррозионно-стойкой стали.

- Обоснованы диапазоны рациональных технологических режимов и условия качественной обработки глубоких отверстий малого диаметра в труднообрабатываемых материалах и разработаны рекомендаций по созданию технологии дискретного вибросверления. Результаты исследований прошли промышленную апробацию и внедрены в производство

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на научно - технических конференциях: I Международной научно-технической конференции «Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации» ( Курск,

2003); VIII Международной научно-технической конференции «Физические и компьютерные технологии (Харьков, 2003), 11 Международной научно-технической конференции «Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации» (Курск,

2004), III Международной научно-технической конференции «Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации» (Курск, 2005); IV Международной научно-технической конференции «Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации» (Курск, 2006), на семинаре кафедры «Теоретическая механика и мехатроника» КурскГТУ, 2008; ежегодных конференциях профессорско-преподавательского состава КурскГТУ (Курск, 2003 - 2008); научном семинаре ВГТУ (Воронеж, 2008).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 научных работ, в том числе 2 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежат: [I] - разработка методики проектирования электромагнитного привода возбудителя высокочастотных вибраций, [3] - результаты и исследования процесса сверления

глубоких отверстий малого диаметра; [4] - разработка теории и обоснование конструкции многопозиционного станка для сверления глубоких отверстий малого диаметра; [5] - предложение учитывать коэффициент трения как характеристику динамики сверления малых отверстий в печатных платах; [6] - определение оптимального соотношения составляющих скорости движения режущего клина при вибрационном резании; [7] - проведение интерполирования значений осевой силы при сверлении отверстий малого диаметра; [9] - обоснование принципов повышения эффективности сверления отверстий малого диаметра.

Структура н объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и общих выводов; списка литературы из 96 наименований Основная часть работы изложена на 183 страницах и содержит 67 рисунков, 16 таблиц и 5 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, изложены основные положения, выносимые на защиту, раскрыты научная и практическая значимость работы, методы исследований, уровень обсуждения материалов исследований, структура работы.

В первой главе дан анализ особенностей процессов вибрационного сверления, представлена современная классификация вибрационных процессов и способов формообразования отверстий малого диаметра. Проведен анализ показателей процесса вибрационного сверления отверстий и пути их интенсификации.

Проанализированы методы, способы и средства технологического оснащения известных процессов вибрационного сверления. Установлено, что существующие способы обработки отверстий основаны либо на низкочастотных, либо на ультразвуковых вибрационных процессах. Диапазон частот 0,5-2,0 кГц, вводимых извне в зону формообразования, остается до настоящего времени не изученный.

Накладываемые извне колебания по-разному воздействуют на процессы резания, причем в зависимости от направления введения их воздействия. В вопросе, чему отдать приоритет, существуют различные мнения, поэтому проведен подробный анализ преимуществ и недостатков существующих способов и оборудования для виброобработки.

Проведенный анализ проблемы сверления отверстий малого диаметра в труднообрабатываемых материалах позволил сформулировать цель работы и поставить задачи, которые приведены во введении.

В результате анализа установлено следующее. В отечественной промышленности и за рубежом существует ряд способов сверления отверстий малого диаметра, однако они малопроизводительны, а качество получаемых отверстий оставляет желать лучшего. Как правило, существующие технологии не автоматизированы и многозатратны.

Исследование механизмов резания показало, что малая толщина сердцевины стандартных сверл и малый угол наклона стружечных канавок ведут к невысокой прочности сверла на изгиб и кручение и к поломке сверл при малейшей перегрузке. Наличие широкой поперечной режущей кромки ведёт к затруднению с врезанием сверла в тело заготовки и соответственно к деформированию сверла относительно его оси в момент врезания, что также ведет к поломке инструмента.

При создании глубоких отверстий без применения вибраций сверлением по схеме сверху вниз процесс выхода стружки затруднен. К тому же погрешности, вносимые в формообразование главных режущих кромок и задних поверхностей сверла в процессе их изготовления и заточки, создают нестабильные условия образования стружки. Это способствует накапливанию стружки в зазоре между сверлом и поверхностью отверстия, что ведет к снижению качества обработанной поверхности, а нередко к заклиниванию или поломке сверла.

Установлено, что наиболее перспективным с позиции теории является вибрационный способ сверления глубоких отверстий малого диаметра, сочетающий в себе традиционное сверление с наложением дополнительных высокочастотных осевых, крутильных или иных видов колебательных процессов на инструмент. Это позволяет значительно облегчить сверление за счет повышения дискретности процесса резания, также способствует дроблению даже сливной стружки, что снижает величины температурно-силовых параметров и обеспечивает высокое качество обработки. Однако в теории и на практике отсутствует обоснование выбора рационального способа сверления глубоких отверстий при высокочастотном виброрезании.

При анализе технической литературы нами не выявлены высокоэффективные, малозатратные способы обработки сверлением отверстий малого диаметра. Также недостаточно теоретическое обоснование математических моделей, учитывающих многофакторный характер процесса высокочастотного вибрационного сверления отверстий малого

диаметра в коррозионно-стойких материалах, без чего невозможно управление показателями процесса и оптимизация условий обработки.

До настоящего времени не было способа высокочастотной виброобработки и привода вибровозбуждения для электродинамического способа дискретного сверления отверстий способного стать основой новой технологии обработки глубоких отверстий малого диаметра в металлах и сплавах. На основании проведенного анализа поставлена цель и сформулированы задачи исследований.

Вторая глава посвящена разработке научной концепции, рабочих гипотез и общих методологических положений проведения теоретических и экспериментальных исследований, а также обработке и анализу экспериментальных данных.

Сформулирована научная концепция дискретной виброобработки при электродинамическом сверлении в диапазоне высокочастотных колебаний (0,5-2,0 кГц), которая заключается в том, что при глубоком сверлении в определенных условиях скорость удаления припуска обрабатываемого отверстия возрастает пропорционально величине технологических вибропараметров без возрастания температурно-силовых показателей, что обеспечивает возможность интенсификации процесса обработки.

В соответствии с этим выдвинуты рабочие гипотезы.

1.При высокочастотных колебаниях выдерживание принципа связи частоты осевых колебаний сверла с соотношением частоты оборотов шпинделя, подачи и вибрационных параметров (к+Г), Б^А, с!св/А снижает негативный фактор ударного действия режущих кромок сверла.

2. При виброобработке с применением высокочастотных электродинамических осевых колебательных процессах, наложенные извне вибрации этого диапазона, в большей степени, чем другие внешние колебания, интенсифицируют процесс дробления стружки.

3. Высокочастотные вибрационные колебания наложенные извне (соотносимые с частотой собственных колебаний инструмента, возникающих при обработке), являющиеся промежуточными между ультразвуковыми и низкими, стабилизируют процесс прироста переднего угла при врезании, а при выходе из зоны резания уменьшают передний угол сверла, что повышает стойкость инструмента, создает эффект выглаживания по поверхности и улучшает качество обработки.

Для проверки гипотез и концепции нами разработан способ виброобработки отверстий и новые средства их реализующие, в том числе, привод вибровозбуждения электродинамических осевых колебательных процессов для высокочастотного сверления глубоких отверстий,

способный явиться основой технологии обработки глубоких отверстий малого диаметра в труднообрабатываемых материалах.

Приведены методики проведения исследований, которые позволяют изучить процессы, протекающие в зоне резания с применением электродинамического сверления отверстий в диапазонах низко- и высокочастотных колебаний. Предложены уточненные методики исследования механизма высокочастотного вибрационного вибросверления; моделирования кинетических и динамических характеристик процесса высокочастотного вибрационного резания; разработки параметров циклограммы высокочастотных осевых колебаний инструмента; динамической модели консольной части сверла; расчёта тяговых сил электромагнитов и двухполевого многокатушечного вибровозбудителя;

Проведено моделирование электродинамического вибровозбудителя высокочастотных колебаний на базе двух катушек индуктивности, расположенных соосно, позволяющее обеспечить введение в зону резания осевых колебаний сверла с частотой до 2,0 кГц.

На базе полученных математических зависимостей, необходимых для определения рабочих параметров электромагнитов, установлены значения тягового усилия от напряжения, сечения магнитопрово-да и геометрических параметров катушки от составляющих воздушного зазора, зависимости для определения потерь магнитодвижущей силы. Это позволило создать систему привода, работающего с динамическими колебаниями от 10 до 2000Гц и амплитудой 1 ...30 мкм.

Разработан способ вибросверления отверстий посредством стандартных сверл с использованием электродинамического вибровозбудителя, состоящего из катушек индуктивности, соединенных последовательно друг с другом и подключенных к источникам энергии и генератору колебаний. С целью интенсификации процесса дробления стружки источники постоянного и переменного тока подключаются таким образом, чтобы они периодически и с определенной частотой создавали одноименное магнитное поле и отталкивались друг от друга. При этом подвижное поле воздействует на упругий шпиндельный узел и инструмент с амплитудой А|, которая взаимосвязана с подачей инструмента 5р и фазовым углом поворота т0 соотношением А |=8р/(28тт0/2), что обеспечивает изменение частоты вибраций, не прекращая процесс резания, и форсирует стружкообразование.

Создан электродинамический вибрационный привод и устройство для виброобработки для нового способа сверления вибровозбуждением инструмента в диапазоне 0,5-2,0 кГц. Устройство, рис. 1,а, крепилось на шпиндель координатно-расточного станка мод. 2Е440А.

В экспериментальных исследованиях применяли сверла из стали марки Р6М5 диаметром (1,0^2,5мм). Обрабатывали круглые и плоские заготовки размером 15х15х5(весь диапазон толщин - З...20)мм из стали 12Х18Н9Т, а также латуни, стали 10 и др. В детале - корпус распылителя (из стали 12Х18Н9Т) сверлили три симметрично расположенные через 120° отверстия диаметром 2,0 мм и глубиной 22,2мм.

а) 6)

Рис. 1. Устройства для вибрационного сверления отверстий (а); схема подключения устройства для создания высокочастотных осевых колебаний при сверлении отверстий малого диаметра (б)

В третьей главе представлены результаты теоретических исследований и моделирования процесса вибрационного сверления отверстий с наложением высокочастотных осевых колебаний.

Основываясь на вычислении длины резания 1Т = V // в одном цикле колебания вибрационного резания, установлено, что для повышения скорости резания и производительности необходимо повышать частоту колебаний до максимально возможного уровня, поэтому целесообразно создавать динамические колебательные системы инструмента, имеющие высокие частоты колебаний (свыше 0,5 кГц) и мощность. При постоянной частоте колебаний резца 1Г уменьшается по мере снижения скорости резания. Если поддерживать скорость резания постоянной, то увеличение частоты колебаний приводит к уменьшению /у. 11ринятые обозначения:/- частота колебаний резца; Т= 1/[-период колебаний резца; со - круговая частота колебаний; у - перемещение резца; V/, - скорость колебаний инструмента; V — скорость резания; у<.- критическая скорость; - осевая подача.

При резании с осевыми вибрациями расстояние а - текущее значение толщины стружки при наложении осевых гармоничных колебаний. Она зависит от подачи, амплитуды колебаний A¡, фазового угла г =co t и угла сдвига фаз и равна:

а= Sp+Arsinr-Ai-sin(z-To). (1)

Величина а определяет высоту микронеровностей h¡ и площадь сечения срезаемого слоя F¡, поэтому имеем

h = а 'si" 9 " 'sin У lu

sin 0„ + ср ,и )

F, = я (tp - 0,5 -A,), } (2)

Микронеровность А/ пропорциональна а, площадь F¡ почти пропорциональной. При т0 = я (i~0,5) амплитуда колебаний, обеспечивающая дробление стружки, наименьшая: А = 0,5-Sp.

Если A¡ - максимальное значение периодической силы, то Fi(t)—A]SÍn(üX). Возможности дробления стружки и качество обработанной поверхности во многом определяются величинами атт и атах . При а = ат,„ площадь сечения срезаемого слоя наименьшая и соответственно наиболее вероятен излом стружки. При а= атах„ высота микронеровностей наибольшая, её величина определяет шероховатость формируемой поверхности. Величины атт и атах находят в результате исследования функции на экстремум:

= /4. - cosr-Л, •cos("r-r0)=0, dr 1 I \ 0) (3)

откуда

S + 2 ■ А , -sin

S р - 2 ■ A i ■ sin

(4)

Уменьшение площади сечения срезаемого слоя до f,=F,«m является предпосылкой к излому стружки. Обработка с осевыми колебаниями за счёт мгновенного прерывания процесса резания обеспечивает гарантированное дробление стружки независимо от условий обработки, т. е. за счёт уменьшения F¡min до нуля. Из второго выражения системы (4) имеем

^ - д'. .

2 • s i п 10

Выражение (5) является условием надёжного дробления стружки при обработке металлов и при заданных параметрах технологического процесса. Амплитуда, гарантирующая дробление стружки, зависит от подачи, а также от угла то, что накладывает определенные ограничения на соотношение между частотой колебаний и частотой вращения детали. Если !\оЪ - время одного оборота сверла; /1Гц -время одного колебания сверла, то количество колебаний, приходящееся на один оборот сверла -/¡0б> определяют по формуле

1 о 6

1 1 о Г,

Ч Гц

(6)

С учетом схем видоизменения стружки при осевых колебаниях сверла построена циклограмма колебаний сверла в момент формообразования отверстия, рис.2. Схема контакта сверла с заготовкой при осевых колебаниях сверла, при частоте вращения «=125 об/мин и частоте колебанияу=500Гц представлена на рис.3.

1 3 2 \ 4 3 / ' М

V- у \ V —т^"' ГщЬмп ■ пржшЬеа Ь-.юроцл & ад ягж

\ -1— 1 ' 1__________ лУ 1 пренюю&м бйрОЦИ! 6 срезаемый с/

За ! сВ'цкйц сьевю ймда г 03 сворот и 500 асрОы колебании

Рис. 2. Циклограмма осевых колебаний сверла в момент формообразования отверстия

Рис. 3. Схема контакта сверла с заготовкой при осевых колебаниях сверла

В главе подтверждено положение выдвинутых гипотез о том, что виброобработку следует проводить при повышенных частотах (в диапазоне 0,5...2,0 кГц) в соотношении с частотой собственных колебаний инструментальной системы и со скоростью подачи.

В этом случае < 2- л-/. Скорость движения подачи может быть больше или меньше скорости колебаний режущего инструмента = 5о + А • сов(<и • / + <р й ) ■ СП

Доказана важность того, что при высокочастотных колебаниях необходимо учитывать и выдерживать взаимосвязи частоты осевых колебаний сверла с соотношением частоты оборотов шпинделя и подачи и специфичных вибрационных параметров (к+1), Б,,/А, с]св /А, так как это способствует снижению негативного фактора ударного действия режущих кромок сверла.

Подтверждено, что высокочастотные вибрации, наложенные извне, обеспечивают стабилизацию прироста переднего угла при врезании, а при выходе из зоны резания уменьшают передний угол сверла, что способствует повышению стойкости инструмента и улучшает качество обработки. На основании проведенных экспериментальных исследований, уточненного механизма формообразования и моделирования подтверждена эффективность предложенного способа дискретного высокочастотной сверления отверстий малого диаметра.

Применительно к равномерной форме распределения теплового потока построена динамическая модель консольной части сверла при формообразовании отверстия и установлены значения максимальных колебаний, зависящие от массы, жёсткости и угловой скорости.

Исследованы характеристики температурного поля при сверлении инструментом малого диаметра. Например, при высокочастотном вибрационном сверлении для параметров (8о=0,05 мм/об, <1св=2 мм, \=25,2 м/мин, X Р6М5=27,2 Вт/м-°С) и наложении колебаний 2,0 кГц получены приемлемые результаты температуры, в том числе при п = 2500 об/мин. Расчётное значение температуры вдоль главной режущей кромки для сверла из Р6М5 составляет от 318 °С в центре и до 330 °С на периферии. Исследования этой главы подтверждают правильность выдвинутых рабочих гипотез и предложенной научной концепции.

В четвертой главе представлены результаты экспериментальных исследований по интенсификации показателей процесса глубокого сверления и построения моделей процесса, на базе которых создана эффективная технология сверления отверстий малого диаметра.

На базе исследований предложена конструкция многопозиционной полуавтоматической установки сверления отверстий малого диаметра в труднообрабатываемых материалах, реализующая способ обработки, в котором, наряду с вибрационным резанием, применяют принудительное прерывание процесса сверления при пошаговой схеме съема припуска по глубине отверстия.

По результатам статистической обработки экспериментов получены математические модели, отражающие зависимость параметра

' процесса дискретного сверления, (амплитуда А осевых колебаний ' сверла) и показателя (микрогеометрия Яа) поверхности отверстия от режимов резания 50>

^ _ ^22,1 _ ¿-0.54 _ ;з-2,45-0,07-1п(50) _ у-2,9 \ + 0,3 8 1п (п) _ ^

Установлено, что, при колебаниях /=500Гц и подаче = 0,03мм/об, с возрастанием п от 125 до 2500об/мин параметр Яа изменяется от 1,25 до 1,8 мкм. С ростом частоты вращения и при подаче = 0,16 мм/об Яа увеличивается от 2,5 до 4,2 мкм. Для любых частот вращения инструмента увеличение подачи от Бо - 0,03 до 0,16 мм/об определяет увеличение значений Яа пропорционально подаче.

Яа = е~'2'91 -500-47 - я2-98 ./2.22-0,45 Ш(,)_ (9)

Графические примеры зависимостей даны на рис.4 и рис.5.

а) б)

Рис 4 Взаимосвязи амплитуды А накладываемых извне колебаний с частотой вращения сверла (а) и подачи (б) процесса дискретного сверления отверстий малого диаметра

Если отношение диаметра к длине невелико (2 -5 с1св), то сверление проходит без значительных сил резания и температуры нагрева.

Сверление глубоких отверстий, где Ь/с1 = 10, с наложением осевых высокочастотных колебаний протекает по-иному. В этом случае во время обработки наблюдаются различные амплитудно-частотных характеристики: а) начальная, б) установившаяся, в) конечная фазы.

В главе приведен выбор оптимальных рабочих углов сверла при обработке с осевыми вибрациями. Для заданных режимов вибраций/ А и угла заточки а, минимальное значение угла равно

/

а

= апоп - arctan

>о

+

A- f -120

(10)

у

-й • с1 ■ п

Выражение (10) определяет характер взаимодействия по задней поверхности. Если оно положительно, то затирания по задней поверх-

ности инструмента в процессе резания с вибрациями не будет.

а) 6)

Рис. 5 Зависимость параметра шероховатости Ra поверхности отверстия от частоты вращения сверла (а) и от виброколебания инструментальной системы (б) при дискретном сверлении

Разработаны рекомендации по созданию эффективного технологического процесса (ТП) дискретного сверления глубоких отверстий малого диаметра с наложением осевых высокочастотных колебаний.

Рекомендации для разработки ТП предусматривают выполнение следующих действий. 1) Уточняют требования к параметрам отверстия, устанавливают диаметр сверла, материал инструмента, геометрические параметры сверла, включая угол а и угол ф. 2) Задают значения подачи и скорость резания (выбирая её в зависимости от диаметра отверстия, материала инструмента и обрабатываемой заготовки). 3) Назначают величину амплитуды колебаний в зависимости от условий процесса:

0,5 • S0 -непрерывном; . 0>5-5о -прерывистом. (11)

А y ^ -7—" ч~ X • /

Sin (л ■ 1 ) Sin(7T-íj

5 4) Рассчитывают допустимое значение f-Ax колебаний. 5) Находят ! максимально допустимое значение частоты колебаний /"ах . 6) Устанавливают наибольшие значения частоты колебаний сверла (рабочая частота осевых колебаний fp определяется уравнением, /V > /о/Ксо , где fo - условная частота собственных колебаний виброударной системы находящейся в покое; Коз - эмпирический коэффициент). 7) По принятым значениям v(n) и /р определяют количество колебаний, приходящихся на один оборот сверла, из базового соотношения

60•/„ • (12)

п

В качестве целевой функции эффективности процесса сверления отверстий малого диаметра принято соотношение, определяющее величину суммарных затрат процесса обработки. Графики суммарного времени сверления в зависимости от глубины отверстия, числа проходов, холостых ходов, режимы резания, проведенные расчёты и их графическая интерпретация позволили определить оптимальные значения целевой функции, что обеспечивает наименьшие затраты технологического процесса обработки. Созданная технология и средства её реализующие прошли апробацию и внедрены на ОАОсСчетМаш» (г. Курск).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В результате выполненных исследований решена актуальная задача разработки научных и методологических основ создания процесса и технологии дискретного сверления глубоких отверстий малых диаметров в коррозионно-стойкой стали с применением высокочастотных электродинамических колебаний инструментальной системы, обеспечивающих высокое качество, повышение в 1,5-1,8 раз производительности процесса и увеличение на 30-40% стойкости инструмента.

Основные выводы.

1. Сформулирована и обоснована научная концепция, выдвинуты и доказаны рабочие гипотезы дискретного сверления отверстий с наложением осевых высокочастотных (0,5-2,0 кГц) колебаний инструментальной системы. Они подтверждают, что при глубоком сверлении в определенном диапазоне режимов резания скорость удаления припуска возрастает пропорционально величине технологических вибропараметров без возрастания температурно-силовых показателей. В совокупности с управляемым посредством вибраций стружкообразова-нием это обеспечивает возможность интенсифицировать процесс об-

работки и является основой для создания эффективного способа формообразования отверстий малых диаметров.

2. Установлен механизм влияния осевых высокочастотных электродинамических колебаний сверла на стружкообразование и параметры процесса резания, объясняющий, что наложенные извне электродинамические колебания стабилизируют процесс прироста переднего угла при врезании, а при выходе из зоны резания уменьшают передний угол сверла. В условиях снижения негативных факторов ударного действия режущих кромок сверла и стабилизации температурно-силовых показателей это обуславливает эффект выглаживания поверхности и повышение стойкости инструмента.

3. Уточнен механизм взаимодействия инструмента с деталью при наложении внешних осевых высокочастотных колебаний, которые интенсифицирует процесс мелкого дробления образующийся стружки и облегчают формообразование отверстия, однако при этом необходимо учитывать и выдерживать взаимосвязи частоты осевых колебаний сверла с соотношением частоты вращения шпинделя, подачей и специфичных вибрационных параметров (к+1), 8о /А, с)св/А.

4. Установлены закономерности технологических взаимосвязей входных параметров с выходными параметрами процесса дискретного сверления, отражающие взаимосвязи режимов резания, условия обработки с учетом кинетических и динамических характеристик процесса, динамику и состояние геометрических параметров сверла. Это позволило разработать математические модели вида Яа=// (С

А =(С2, Бо, п,/) и уточнить физическую модели процесса сверления с наложением на инструмент ранее не изученных осевых колебаний высокой частоты (диапазон 0,5~2,0кГц), на базе которых создано устройство и способ обработки.

5. Разработан способ вибросверления отверстий малого диаметра с применением электродинамического привода, отличающийся тем, что с целью интенсификации процесса дробления стружки на упругий шпиндельный узел с инструментом воздействует одноименные магнитные поля с высокой частотой вибраций, форсирование стружкообразования и прерывистость процесса сверления определяется соотношением А/, = / (25Ш(т0/2)) между частота воздействия вибраций Аи, которая взаимосвязана с подачей Бр инструмента и фазовым углом То поворота вала (заявка на изобретение).

6. Впервые создан электродинамический вибровозбудитель высокочастотных колебаний, обеспечивающий введение в зону резания

! осевых вибраций инструмента с часто!ой 10 -2000Гц и амплитудой 1-30мкм (подана заявка на изобретение).

7. Создан технологический процесс высокопроизводительного дискретного сверления глубоких отверстий малого диаметра, заключающийся в использовании высокочастотного вибросверления, обеспечивающего мелкое дробление стружки, с применением на фазах обработки дополнительного принудительного прерывания процесса сверления при пошаговой схеме съема припуска по глубине отверстия, что обеспечивает высокопроизводительную и качественную обработку отверстий в коррозионно-стойких сталях.

Результаты исследований, созданная технология и средства её реализующие, прошли апробацию и внедрены на ОАО «СчетМаш» (г. Курск). Технический акт внедрения прилагается.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

Публикации в издания, рекомендованных ВАК РФ

1. Масленников A.B. Исследование температурного поля сверла малого диаметра / A.B. Масленников //СТИН. 2008. №6. С. 19-21.

2. Барботько А.И. Проектирование электромагнитного привода возбудителя высокочастотных вибраций / А.И. Барботько, A.B. Масленников, И.В. Бондарцев // Вестник машиностроения. 2007. №10. С. 19-21.

Статьи и материалы конференций

3. Барботько А.И. Исследование сверления глубоких отверстий малого диаметра /А.И. Барботько, A.B. Масленников // Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации: сб. материалов I Междунар. науч.-техн. конф. Курск: КурскГТУ, 2003. С. 95-98.

4. Барботько А.И. Теория конструкции станка для сверления глубоких отверстий малого диаметра / А.И. Барботько, A.B. Масленников, C.B. Титов // Физические и компьютерные технологии: VIII Междунар. науч.-техн. конф. Харьков, 2003. С. 125-128.

5. Барботько А.И. Коэффициент трения как характеристика динамики сверления малых отверстий в печатных платах/ А.И. Барботько, А В. Масленников // Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации: сб. материалов И Междунар. науч.-техн. конф. Курск: КурскГТУ, 2004. С. 140-147.

6. Иноземцев К.А. Определение оптимального соотношения составляющих скорости движения режущего клина при вибрационном резании / К.А. Иноземцев, A.B. Масленников // Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации: сб. материалов III Междунар. науч.-техн. конф. Курск: КурскГТУ, 2005.

7. Барботько А.И. Интерполирование значений осевой силы при сверлении отверстий малого диаметра / А.И. Барботько, A.B. Масленников // Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации: сб. материалов III Междунар. науч.-техн. конф. Курск: КурскГТУ, 2005. С. 98-103.

8. Масленников A.B. Устройство для высокочастотного вибрационного сверления / A.B. Масленников // Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации: сб. материалов IV Междунар. науч.-техн. конф. Курск: КурскГТУ, 2006. С. 152-156.

9. Барботько А.И. Принципы повышения эффективности сверления отверстий малого диаметра / А.И. Барботько, A.B. Масленников // Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации: сб. материалов V Междунар. науч.-техн. конф. Курск: КурскГТУ, 2007. С. 226-230.

Подписано в печать 12 ! 1.2008 Формат 60 X 84/16 Бумага для множительных аппаратов Усл. печ. л. 1,0. Тираж 90 экз Заказ № О ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» 394026, Воронеж, Московский просп , 14

С. 50-54.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРОЦЕССА ВИБРАЦИОННОГО СВЕРЛЕНИЯ ОТВЕРСТИЙ И ПУТИ ИХ ИНТЕНСИФИКАЦИИ.

1.1. Особенности процессов вибрационного сверления, классификация и анализ способов формообразования отверстий.

1.2. Особенности конструкций оборудования, приводов, инструмента и технологий сверления отверстий с вибрационными осевыми колебаниями.

1.3. Стружкообразование при сверлении отверстий малого диаметра.

1.4. Зависимости, взаимосвязи показателей процесса вибрационного сверления с технологическими факторами и пути интенсификации параметров процесса резания.

1.5 Анализ влияния высокочастотных колебаний на работоспособность сверла малого диаметра и его кинематические факторы.

1.6. Выводы по первой главе.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИК ИССЛЕДОВАНИЙ И МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА СВЕРЛЕНИЯ ОТВЕРСТИЙ МАЛОГО ДИАМЕТРА С ВВЕДЕНИЕМ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ОСЕВЫХ КОЛЕБАНИЙ В ЗОНУ РЕЗАНИЯ.

2.1. Концепция построения процесса сверления отверстий малого диаметра с введением высокочастотных осевых колебаний.

2.2. Выбор объектов исследований, схем и способов обработки.

2.3. Экспериментальные установки, оборудование и условия проведения исследований.

2.4. Разработка принципиальной кинематической схемы, элементов электродинамического вибрационного привода и компоновка установки.

2.5. Разработка узлов экспериментальной установки для сверления отверстий малого диаметра (1.2 мм) с осевыми колебаниями частотой 0,5.2 кГц.

2.6. Методика статистического анализа и планирование эксперимента.

2.7. Выводы по главе.

ГЛАВА 3. ПОСТОРЕНИЕ МОДЕЛЕЙ ПРОЦЕССА СВЕРЛЕНИЯ ОТВЕРСТИЙ МАЛОГО ДИАМЕТРА С НАЛОЖЕНИЕМ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ОСЕВЫХ КОЛЕБАНИЙ.

3.1. Моделирование кинетических и динамических характеристик процесса высокочастотного осциллирующего резания.

3.2. Математическая модель процесса сверления с дополнительными осевыми гармоническими колебаниями.

3.3. Математическая модель осевых вибраций при прерывистом процессе резания - сверления и обоснование способа обработки.

3.4. Теоретическая разработка параметров циклограммы высокочастотных осевых колебаний.

3.5. Динамическая модель консольной части сверла.

3.6. Исследования характеристик температурного поля при сверлении инструментом малого диаметра.

3.7. Выводы по главе.

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА СВЕРЛЕНИЯ.

4.1. Выбор оптимальных рабочих углов сверла при обработке с осевыми вибрациями.

4.2. Результаты планирования эксперимента с входными и выходными параметрами процесса вибрационного сверления.

4.3. Технология дискретного сверления отверстий малого диаметра с наложением высокочастотных осевых колебаний.

4.4. Достижение повышения технологических показателей процесса вибрационного сверления отверстий малого диаметра за счет введения высокочастотных осевых колебаний инструмента.

4.5. Выводы по главе.

Актуальность темы. Традиционные методы обработки резанием продолжают занимать важное место в современном машиностроении. К числу таких процессов относится сверление отверстий. Несмотря на весомые успехи известных технологий, проблемой остается высокопроизводительная обработки глубоких отверстий малого диаметра (1-^2 мм) в труднообрабатываемых металлах, включая, коррозионно-стойкие стали. Отверстия указанного вида широко распространены в деталях и конструкциях различных узлов. Это вставки прессформ, различные форсунки, распылители, элементы охлаждающих систем, детали топливной аппаратуры и другие изделия.

Помимо высокой трудоемкости получения малых отверстий, технологи сталкиваются с малой стойкостью инструмента, низкой производительностью и нестабильным качеством поверхностей.

Известные комбинированные методы обработки отверстий не всегда приемлемы, поэтому механические методы их изготовления являются базовыми на многих предприятиях, тем более хорошие результаты показывает вибрационное сверление. Однако ранее применяемые при обработке отверстий низкочастотные колебания (5(К200 Гц) исчерпали себя. Поэтому необходимо создание новых технологических процессов, например, с использованием высокочастотных (500-^-2000 Гц) осевых колебаний инструмента.

Анализ показывает, что до настоящего времени отсутствуют разработки по теории и проектированию технологического процесса и средства высокочастотной электродинамической вибрационной обработки, что не позволяет использовать этот метод сверления отверстий на практике. Имеющаяся теория не учитывает связь технологических показателей процесса высокочастотной виброобработки с режимными факторами, условиями внешних наложений вибраций, стойкостью инструмента, производительностью и многими другими факторами.

В связи с этим, нами сформулирована концепция высокочастотного (диапазон 0,5~К2,0 кГц) дискретного сверления глубоких отверстий. Она показывает, что при дискретном сверлении, в определенных условиях, скорость удаления припуска обрабатываемого материала возрастает пропорционально величине технологических вибропараметров, причем без возрастания температурно-силовых показателей. Это обеспечивает возможность интенсификации процесса обработки и существуют весомые предпосылки создания технологии на базе нового способа формообразования отверстий малых диаметров.

Положительные результаты наших предварительных исследований по разработке нового способа высокочастотной электродинамической вибрационной обработки явились обнадеживающими. В итоге был создан эффективный процесс глубокого сверления отверстий малого диаметра в коррозионно-стойких материалах. Считаем, что данная тема работы отвечает современным требованиям и запросам машиностроения и приборостроения, она является актуальной.

Работа выполнялась в соответствии с программой АТН РФ «Новые технологические процессы» на 1995-2010 гг. и планом госбюджетной работы Курского государственного технического университета.

Цель работы. Исследование особенностей дискретной высокочастотной электродинамической вибрационной обработки и технологических параметров процесса получения отверстий малого диаметра с целью разработки технологии и средств инструментального обеспечения высокоэффективного сверления.

Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи исследований.

1. Установить влияние осевых высокочастотных электродинамических колебаний сверла на стружкообразование и параметры процесса резания.

2. Разработать методики исследований, выявить закономерности и влияние электродинамических высокочастотных колебаний инструмента на формообразование глубоких отверстий малых диаметров, элементы режима резания и выходные параметры процесса.

3. Разработать математическую и уточнить физическую модели процесса сверления отверстий малых диаметров, с наложением на инструмент осевых колебаний высокой частоты (0,5-^2,0 кГц).

4. Разработать способ, средства инструментального обеспечения и технологию эффективного высокочастотного вибросверления глубоких отверстий диаметром (1-К2мм) в коррозионно-стойких сталях.

5. Провести экспериментальные исследования и промышленную апробацию способа и технологии дискретного высокочастотного вибрационного сверления отверстий малого диаметра.

Методы исследований. При выполнении работ применяли основные положения теорий резания металлов, пластического деформирования, теории электромагнитных и механических колебаний, основы электротехники и магнетизма, динамики станков, методы статистического анализа, численного моделирования и другие. В экспериментальных исследованиях использовалось современное станочное и измерительное оборудование; вычислительная техника.

На защиту выносится:

1. Результаты исследования процессов, протекающих при высокочастотной электродинамической обработки отверстий малого диаметра, и комбинированном воздействии дискретного вибрационного глубокого сверления, на основе которых предложен новый способ обработки (поданы заявки на изобретение).

2. Установленные зависимости и построенные математические модели взаимосвязей технологических параметров (подача, скорость резания, амплитуда и частота виброколебаний, условия обработки) процесса сверления отверстий малого диаметра с наложением высокочастотных осевых колебаний с показателями (микрогеометрии поверхности, стойкость инструмента, время обработки).

3. Методику проведения комплексного исследования механизма высокочастотного вибрационного резания — сверления, включающую: выбор условий обработки и построение моделей процесса вибрационного сверления отверстий малого диаметра с наложением высокочастотных осевых колебаний; численное моделирование параметров с учетом кинетических и динамических характеристик процесса; расчет и особенности проектирования тяговых сил электромагнитов и электродинамического двухполевого вибровозбудителя.

Научная новизна работы включает:

1. Установленный механизм влияние осевых высокочастотных колебаний сверла на стружкообразование и параметры процесса резания, объясняющий как наложенные извне электродинамические колебания способствуют снижению негативного фактора ударного действия режущих кромок инструмента и интенсифицируют процесс мелкого дробления образующейся стружки, что способствует стабилизации температурно-силовых показателей, создает эффект выглаживания и повышает стойкость инструмента.

2. Разработанную математическую и уточненную физическую модели процесса дискретного сверления с наложением на инструмент осевых колебаний высокой частоты (0,5-К2,0 кГц), подтверждающих установленные закономерности технологических взаимосвязей входных параметров с выходными параметрами процесса сверления, на базе которых создано устройство (заявка №2008130462) и предложен новый способ обработки.

3. Теоретическое обоснование рациональных диапазонов технологических параметров процесса высокочастотного вибрационного резания в комбинации с принудительным прерыванием процесса сверления при пошаговой схеме съема припуска по глубине отверстия, обеспечивающих высокопроизводительную' и качественную обработку отверстий малого диаметра в коррозионно-стойких сталей.

Практическая значимость работы.

- На базе предложенного способа (подана заявка на изобретение) и устройства (подана заявка) создана технология дискретного сверления отверстий малого диаметра посредством использования высокочастотного электродинамического вибровозбудителя осевых колебаний инструмента, обеспечивающая получение требуемого качества поверхности, повышение стойкости инструмента при обработке коррозионно-стойкой стали.

- Обоснованы диапазоны рациональных технологических режимов и условия качественной обработки глубоких отверстий малого диаметра в труднообрабатываемых материалах и разработаны рекомендации по созданию технологии дискретного вибросверления. Результаты исследований прошли промышленную апробацию и внедрены в производство.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на научно - технических конференциях: I Международной научно-технической конференции «Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации», (Курск, 2003); VIII Международной научно-технической конференции «Физические и компьютерные технологии» (Харьков,

2003); П Международной научно-технической конференции «Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации» (Курск,

2004); Ш Международной научно-технической конференции «Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации», (Курск,

2005); IV Международной научно-технической конференции «Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации», (Курск,

2006); на семинаре кафедры «Теоретическая механика и мехатроника», КурскГТУ 2008; ежегодных конференциях профессорско-преподавательского состава КурскГТУ (Курск, 2003-2008); научном семинаре ВГТУ (Воронеж, 2008).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 научных работ, в том числе 2 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежат: [1] — разработка методики проектирования электромагнитного привода возбудителя высокочастотных вибраций; [3] - результаты и исследования процесса сверления глубоких отверстий малого диаметра; [4] - разработка теории и обоснование конструкции многопозиционного станка для сверления глубоких отверстий малого диаметра; [5] — предложение учитывать коэффициент трения как характеристику дииамики сверления малых отверстий в печатных платах; [6] — определение оптимального соотношения составляющих скорости движения режущего клина при вибрационном резании; [7] — проведение интерполирования значений осевой силы при сверлении отверстий малого диаметра; [9] - обоснование принципов повышения эффективности сверления отверстий малого диаметра.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и общих выводов; списка литературы из 96 наименований. Основная часть изложена на 183 страницах и содержит 67 рисунков, 16 таблиц и 5 приложений.

Основные выводы.

1. Сформулирована и обоснована научная концепция, выдвинуты и доказаны рабочие гипотезы дискретного сверления отверстий с наложением осевых высокочастотных (0,5-2,0 кГц) колебаний инструментальной системы. Они подтверждают, что при глубоком сверлении в определенном диапазоне режимов резания скорость удаления припуска возрастает пропорционально величине технологических вибропараметров без возрастания температурно-силовых показателей. В совокупности с управляемым посредством вибраций стружкообразованием это обеспечивает возможность интенсифицировать процесс обработки и является основой для создания эффективного способа формообразования отверстий малых диаметров.

2. Установлен механизм влияния осевых высокочастотных электродинамических колебаний сверла на стружкообразование и параметры процесса резания, объясняющий, что наложенные извне электродинамические колебания стабилизируют процесс прироста переднего угла при врезании, а при выходе из зоны резания уменьшают передний угол сверла. В условиях снижения негативных факторов ударного действия режущих кромок сверла и стабилизации температурно-силовых показателей это обуславливает эффект выглаживания поверхности и повышения стойкости инструмента.

3. Уточнён механизм взаимодействия инструмента с деталью при наложении внешних осевых высокочастотных колебаний, которые интенсифицирует процесс мелкого дробления образующийся стружки и облегчают формообразование отверстия, однако при этом необходимо учитывать и выдерживать взаимосвязи частоты осевых колебаний сверла с соотношением частоты вращения шпинделя, подачей и специфичных вибрационных параметров (k+1), So/A, do/A.

4. Установлены закономерности технологических взаимосвязей входных параметров с выходными параметрами процесса дискретного сверления, отражающие взаимосвязь режимов резания, условия обработки с учетом кинетических и динамических характеристик процесса, динамику и состояние геометрических параметров сверла. Это позволило разработать математические модели вида Ra=fi(Ci, So, n,j), A = f2(C2, So, n,j) и уточнить физическую модели процесса сверления с наложением на инструмент ранее не изученных осевых колебаний высокой частоты (диапазон 0,5-^2,0кГц), на базе которых создано устройство и способ обработки.

5. Разработан способ вибросверления отверстий малого диаметра с применением электродинамического привода, отличающийся тем, что с целью интенсификации процесса дробления стружки на упругий шпиндельный узел с инструментом воздействует одноименные магнитные поля с высокой частотой вибраций, форсирование стружкообразования и прерывистость процесса сверления определяется соотношением A\c=Sv / (2sin(io/2)) между частота воздействия вибраций А/„ которая взаимосвязана с подачей Sp инструмента и фазовым углом т0 поворота вала (заявка на изобретение).

6. Впервые создан электродинамический вибровозбудитель высокочастотных колебаний, обеспечивающий введение в зону резания осевых вибраций инструмента с частотой 10 -К2000Гц и амплитудой 1-К30 мкм (подана заявка на изобретение).

7.Создан технологический процесс высокопроизводительного дискретного сверления глубоких отверстий малого диаметра, заключающийся в использовании высокочастотного вибросверления, обеспечивающего мелкое дробление стружки, с применением на фазах обработки дополнительного принудительного прерывания процесса сверления при пошаговой схеме съема припуска по глубине отверстия, что обеспечивает высокопроизводительную и качественную обработку отверстий в коррозионно-стойких сталях.

Результаты исследований, созданная технология и средства её реализующие, прошли апробацию и внедрены на ОАО «СчетМаш» (г. Курск). Технический акт внедрения прилагается.

Заключение и общие выводы по работе

В результате выполненных исследований решена актуальная задача разработки научных и методологических основ создания процесса и технологии дискретного сверления глубоких отверстий малых диаметров в коррозионно-стойкой стали с применением высокочастотных электродинамических колебаний инструментальной системы, обеспечивающих высокое качество, повышение в 1,5-1,8 раз производительности процесса и увеличение на 30-40% стойкости инструмента.

1. А. с. 1009640, МПК В23 В 47/24. Способ сверления отверстий малого диаметра Текст. / Зиновьев Н.И., Гущин A.M., Плахов А.В., Калитина О.И., №4331596/31-08; заявл. 23.11.1987; опубл. 23.08.1989, Бюл. №31.

2. А. с. 1093426, МПК В 23 В 47/04. Устройство для вибрационного сверления Текст. / Силин Н.С., №4052709/31-08, заявл. 04.03.1986; опубл. 15.11.1987, Бюл. №42.

3. А. с. 1645058 СССР, МКИ В23 В 1/00. Устройство вибрационного резания Текст. / Баласанян Б.С., Христафорян С.Ш., Егизарян Р.А., Саркисян Р.Г.; №4426020/08; заявл. 18.05.1988; опубл. 30.04.1991, Бюл. №16, 1 е.: ил.

4. А. с. 281117 СССР, МПК В 23Ь 35/00. Вибросверлильное устройство. Текст. / Бараб-Тарле М.Е., Молчановский Е.Г., Тростановский Б.А.; №1257295/25-8; заявл. 06.07.1968; опубл. 03.09.1970, Бюл. №28, 2 е.: ил.

5. А. с. 407660 СССР, МПК В23 В 47/04. Устройство для вибрационного сверления отверстий Текст. / Долуханян В.Г., Багдасарян З.С., Киракосян С.А.; №407660/25-08; заявл. 23.04.1986; опубл. 07.03.1988, Бюл. №9, 4 е.: ил.

6. А. с. 623658, МПК В 23 В 35/00, В 23 В 47/18. Вибросверлильная головка Текст. / Балабанов Н.И., Логинов В.П., Тучинский В.Л., №2471579/25-08, заявл. 01.04.1977, опубл. 15.09.1978, Бюл. №34.

7. А. с. 687541 СССР, МПК В 06 В 1/04. Электромагнитный вибратор Текст. / Челидзе М.А., Тедошвили М.М.; №4672128/10; заявл. 31.03.1989; опубл. 23.12.1992, Бюл. №47.

8. А. с. 709273, МПК В 23 В 35/00. Вибросверлильный станок Текст. / Ермаков Ю.М., №2566595/25-08, заявл. 09.01.1978, опубл. 15.01.1980, Бюл. №2.

9. А. с. 869840, МПК В 06 В 1/04. Электромагнитный вибратор Текст. / Хух-рин В.В., Мазаев В.Г., Абраков Г.И., №2509045/18-10, заявл. 07.07.1977, опубл. 07.10.1981, Бюл. №37.

10. А. с. 897411, МПК В 23 В 35/00. Вибросверлильное устройство Текст. / Ба-бенко О.А., Еленевич В.Б., Забродский А.В., Сычёв В.В., №2915113/25-08, заявл. 23.04.1980, опубл. 15.01.1982, Бюл. №2.

11. А. с. 978946, МПК В 06 В 1/04. Электромагнитный вибратор Текст. / Гущин A.M., Панчеха Ю.С., Щербаков Н.Ф., №3277554/18-10, заявл. 10.04.1981, опубл. 07.12.1982, Бюл. №45.

12. Агапов, С.И. Влияние ультразвуковых колебаний и направления стружечных канавок развёрток на качество обработанных отверстий Текст. / С.И. Агапав, Д.Е. Парецкий //Вестник машиностроения. 2003. №3. С. 49-50.

13. Агапов, С.И. Повышение стойкости инструмента при ультразвуковой обработке деталей Текст. / С.И. Агапов // Вестник машиностроения. 2003. №1. С. 62-63.

14. Адам, Я.И. О влиянии вибраций на стойкость резцов Текст. / Я.И. Адам // Вестник машиностроения. 1965. №10. С. 67-69.

15. Аршинов, В.А. Резание Металлов Текст. / В.А. Аршинов, Г.А. Алексеев // М.: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной и судостроительной литературы. 1953. с. 507.

16. Афонина, Н.А. Экспериментальная оценка обеспечения виброустойчивости процесса резания на основе управляемой девиации скорости резания Текст. / Н.А. Афонина // СТИН. 2005. №11. С. 10-12.

17. Ахметшин, Н.И. Вибрационное резание металлов Текст. / Н.И. Ахметшин, Э.М. Гоц, Н.Ф. Родиков; Под ред. К.М. Рагульскиса. — Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1987. -80 е.: ил. — (Б-ка инженера. Вибрационная техника; Вып. 10).

18. Баранов, А.В. Расчёт температуры резания при обработке отверстий осевым инструментом Текст. / А.В. Баранов // Вестник машиностроения. 2005. №7. С. 49-55.

19. Барботько, А.И. Математическая статистика в машиностроении Текст.: учеб. пособие / А.И. Барботько, А.О. Гладышкин; Курск, гос. техн. ун-т. Курск, 2006. 320 е.: табл. 177, ил. 46.

20. Барботько, А.И. Проектирование электромагнитного привода возбудителя высокочастотных вибраций Текст. / А.И. Барботько, А.В. Масленников, И.В. Бондарцев // Вестник машиностроения. 2007. №10. С. 19-21.

21. Барботько, А.И. Теория резания металлов Текст. В 2 ч. Ч. 1. Основы процесса резания / А.И. Барботько, А.Г. Зайцев.: ВГУ: Воронеж, 1990. 216 с.

22. Барботько, А.И. Теория резания металлов Текст. В 2 ч. Ч. 2. Основы процесса резания / А.И. Барботько, А.Г. Зайцев.: ВГУ: Воронеж, 1990. 176 с.

23. Бобров, В.Ф. Основы теории резания металлов Текст. / В.Ф. Бобров, М., Машиностроение, 1975.

24. Власов, А.Ф. Безопасность при работе на металлорежущих станках Текст. / А.Ф. Власов. -М., Машиностроение. 1977.

25. Вульф, А.М. Резание металлов Текст. / А.М. Вульф // изд. 2-е. Л., «Машиностроение». 1973. 496 с.

26. Гершензон, Е.М. Курс общей физики: Электричество и магнетизм Текст. : учеб. пособие для студентов физ.-мат фак. пед. ин-тов / Е.М. Гершензон, Н.Н. Малов. -М.: Просвещение, 1980. 223с., ил.

27. Горохов, В.А. Установка для вибрационного сверления Текст. / В.А. Горохов, М.Ф. Никитенко // Станки и инструмент. 1976. №12. С. 32.

28. Грановский, Г.И. Резание металлов Текст. : учеб. для машиност. и прибо-ростр. спец. вузов. // Г.И. Грановский, В.Г. Грановский. М.: Высш. шк. 1985. с. 304. ил.

29. Губанов, В.Ф. Вибрации при механической обработке: физика процесса и качество поверхности Текст. / В.Ф. Губанов // Технология машиностроения. 2005. №2. С. 27-33.

30. Гуревич, Я.Л. Режимы резания труднообрабатываемых материалов Текст.: справочник / Я.Л. Гуревич, М.В. Горохов, В.И. Захаров и др. 2-е изд., пере-раб. и доп. — М.: Машиностроение, 1986, 240 е., ил.

31. Гуськов, A.M. Вибрационная стабилизация вертикальной оси гибкого стержня Текст. / A.M. Гуськов, Г.Я. Пановко // Проблемы машиностроения и надёжности машин. 2006. №5. С. 13-19.

32. Даниелян, A.M. Обработка резанием жаропрочных сталей, сплавов и тугоплавких металлов Текст. / А.М. Даниелян, П.И. Бобрик, Я.Л. Гуревич, И. С. Егоров; под общей ред. докт. техн. наук, проф. А.М.Даниеляна, М., «Машиностроение», 1965, 307 с.

33. Драчёв, О.И. Повышение эффективности вибрационной обработки глубоких отверстий Текст. / О.И. Драчёв, Д.А. Расторгуев, Д.Е. Салабаев // Обработка материалов резанием. Тольяти: ТольятиГУ. 2006. №2. С. 2-5.

34. Енохович, А.С. Краткий справочник по физике Текст. / Е.М. Енохович, изд. 2-е перераб. и доп. М., «Высш. школа». 1976.

35. Жарков, И. Г. Вибрации при обработке лезвийным инструментом Текст. / И.Г. Жарков Л.: Машиностроение, 1986. - 184 с.

36. Жирков, А.А. Повышение стойкости резцов управляемым импульсным воздействием при прерывистом резании Текст. : диссертация на соискание учёной степени канд. техн. наук : 05.03.01 / Жирков Александр Александрович. Орёл, 2005. 153 с. Библиогр.: с. 141-150.

37. Имшенника, К.П. Спиральные свёрла Текст.: сборник материалов всесоюзного совещания по спиральным свёрлам / К.П. Имшенника; под ред. научного руководителя совещания канд. тех. наук К.П. Имшенника. М.: 1966.

38. Иноземцев, А.Н. Алгоритм определения характеристик вибрационного процесса при лезвийной обработке нежёстких валов Текст. / А.Н. Иноземцев, О.А. Ямникова // СТИН. 2005. №11. С. 8-9.

39. Иродов, И.Е. Основные законы электромагнетизма Текст. : учеб. пособие для вузов / И.Е. Иродов. -М.: Высш. шк., 1983. 279 с. ил.

40. Исаев, А.И. Влияние ультразвуковых колебаний на стойкость инструмента при резании металлов Текст. / А.И. Исаев, B.C. Анохин // Вестник машиностроения. 1962. №8. С. 60-63.

41. Исаев, А.И. Применение ультразвуковых колебаний при резании металлов Текст. / А.И. Исаев, B.C. Анохин // Вестник машиностроения. 1961. №5. С. 56-62.

42. Кабалдин, Ю.Г. Повышение устойчивости процесса резания Текст. / Ю.Г. Кабалдин//Вестник машиностроения. 1991. №6. С. 37-40.

43. Кабалдин, Ю.Г. Синергетический анализ причин возмущения вибраций при резании Текст. / Ю.Г. Кабалдин //Вестник машиностроения. 1997. №10. С. 21-29.

44. Казаков, JI.A. Электромагнитные устройства РЭА Текст. / справочник / JI.A. Казаков. -М.: Радио и связь. 1991. 352 е.: ил.

45. Кириллов, К.Н. Сверление отверстий в деталях из труднообрабатываемых материалов Текст. / К.Н. Кириллов, О.М. Кириллова, изд. М., «Машиностроение», 1965.

46. Кондратов, А.С. Зависимость стойкости резцов от интенсивности вибраций Текст. / А.С. Кондратов, Б.П. Бармин // Станки и инструмент. 1964. № 6. С. 30-32.

47. Кудинов, В.А. Динамическая характеристика резания Текст. / В.А. Кудинов // Станки и инструмент. 1963. №10. С. 1-7.

48. Кумабэ, Д. Вибрационное резание Текст. / Д. Кумабэ, пер. с яп. C.JI. Масленникова// Под ред. И.И. Портнова, В.В. Белова. — М.: Машиностроение, 1985.-424 с.

49. Левинсон, Е.М. Отверстия малых размеров (методы получения) Текст. / Е.М. Левинсон. JL, «Машиностроение» (Ленингр. отд-ние), 1977. 152 с.

50. Локтев, А.Д. Рекомендации по рациональной эксплуатации режущего инструмента на токарных станках с ЧПУ Текст. / А.Д. Локтев, В.А. Ильичёв, В.М. Иванников, Т.М. Нахова.: М. Изд. ВНИИТЭМР. 1986.

51. Малогабаритная радиоаппаратура Текст. : справочник радиолюбителя / P.M. Терещук, К.М. Терещук, А.Б. Чаплинский, Л.Б. Фукс, С.А. Седов. Киев.: Наукова думка, 1971.

52. Марков, А.И. Ультразвуковое резание труднообрабатываемых материалов Текст. / А.И. Марков.: Изд. «Машиностроение». 1968. 365 с.

53. Масленков, С.Б. Жаропрочные стали и сплавы Тескт. / С.Б. Масленков. М.: Металлургия. 1983. 192 с.

54. Масленников, А.В. Исследование температурного поля сверла малого диаметра Текст. /А.В. Масленников // СТИН. 2008. №6. С. 19-21.

55. Механическая обработка резанием с дополнительным наложением ультразвуковых колебаний Текст. / В.И. Захаров, В.Я. Матвеев, Е.Н. Жустарев, М.Я. Фрейдкин//Вестник машиностроения. 1961. №7. С. 62-65.

56. Молочко, В.И. Устройство для вибрационного точения к универсальному токарно-винторезному станку Текст. / В.И. Молочко, В.А. Крюк, JI.P. Ду-бинский // Станки и инструмент. 1973. №4. С. 33-34.

57. Новиков, Г.В. Физическая сущность и эффективность вибрационного резания Текст. / Г.В. Новиков // Труды 7-й Международной научно-технической конференции «Физические и компьютерные технологии в народном хозяйстве», г. Харьков. 2003. С. 85-87.

58. Пат. 2212984 Российская Федерация, МПК В 23 В 43/00. Сверлильная головка с вибрационным эффектом Текст. / Брюн-Пикар Даниель (Fr), Гуськов

59. A. (Ru); заявитель и патентообладатель Энститю насьональ политекник де Гренобль (Fr). №2000102715/02; заявл. 07.07.1998; опубл. 27.09.2003, 13 е.: ил.

60. Пат. 2251196 Российская Федерация, МПК Н 02 К 33/00, 33/14, В06 В 1/04.

61. Электромагнитный вибратор Текст. / Исмагилов Ф.Р., Хайруллин И.Х., Сатаров P.P., Трофимов А.В., Полихач Е.А.; патентообладатель Уфимский государственный авиационный технический университет. №2003131555/11; заявл. 27.10.2003; опубл. 27.04.2005, Бюл. №12.

62. Петруха, П.Г. Обработка резанием высокопрочных коррозионностойких и жаропрочных сталей Текст. / П.Г. Пертруха, А. Д. Чубаров, Г.А. Стерлин, Н.Т. Данилин, Т.Л. Буянова. М.: Маштностроение. 1980. 167 с. ил.

63. Петруха, П.Г. Резание конструкционных материалов, режущие инструменты и станки Текст. / под ред. проф. П.Г. Петрухи. Изд. 2-е, перераб и доп. М., «Машиностроение», 1974, 616 с.

64. Петруха, П.Г. Технология обработки конструкционных материалов Текст. : учеб. для машиностр. спец. Вузов / П.Г. Петруха, А.И. Марков, П.Д. Беспахотный и др.; под ред. ПГ. Петрухи. М.: Высш. шк., 1991. 512 с.

65. Планирование эксперимента в технологических исследованиях Текст. / М.С. Винарский, М.В. Лурье. «Техшка», 1975. 168 с.

66. Подураев, В. Н. Резание труднообрабатываемых материалов Текст. / В.Н. Подураев -М.: Высш. шк., 1974. 587 с.

67. Подураев, В.Н. Нарезание резьб в нержавеющих и жаропрочных сталях вибрационным и ударно-импульсным методами Текст. / В.Н. Подураев, А.А. Суворов, В.М. Ярославцев // Вестник машиностроения. 1965. №10. С. 63-66.

68. Подураев, В.Н. Обработка резанием с вибрациями Текст. / В.Н. Подураев -М.: Машиностроение, 1970. — 350 с.

69. Подураев, В.Н. Повышение эффективности вибрационного сверления путём применения активных смазочно-охлаждающих сред Текст. / В.Н. Подураев,

70. B.А. Пастунов // Вестник машиностроения. 1966. №11. С. 65-68.

71. Подураев, В.Н. Стойкость инструмента при прерывистом резании Текст. / В.Н. Подураев, В.М. Ярославцев // Станки и инструмент. 1969. №10. С. 25-28.

72. Подураев, В.Н. Физические особенности процесса вибрационного сверления Текст. / В.Н. Подураев, В.И. Валиков // Резание труднообрабатываемых материалов. МДНТП. 1969. С. 95-101.

73. Раевский, Н.П. Методы экспериментального исследования механических параметров машин Текст. / Н.П. Раевский. М.: Изд. Академии наук СССР. 1952.

74. Резников, А.Н. Тепловые процессы в технологических системах Текст. : учеб. Пособие для вузов по специальности «Технология машиностроения» и «Металлорежущие станки и инструменты» / А.Н. Резников, JI.A. Резников. -М.: Машиностроение. 1990. 288с.: ил.

75. Родин, П.Р. Металлорежущие инструменты Текст. / П.Р. Родин. Издательское объединение «Вшца школа», 1974, 400 с.

76. Савельев, И.В. Курс общей физики Текст. / И.В. Савельев. Изд. 2-е Т2. Электричество. Изд-во «Наука».: Москва. 1966. 335 с.

77. Сатель, Э.А. Вибрационное сверление отверстий в нержавеющих и жаропрочных сталях Текст. / Э.А. Сатель, В.Н. Подураев, А.Г. Туктанов, А.А. Суворов //Вестник машиностроения. 1962. № 1. С. 67.

78. Сатель, Э.А. Технологические возможности и перспективы применения вибрационного точения Текст. / Э.А. Сатель, В.Н. Подураев, B.C. Камалов, A.M. Безбородов //Вестник машиностроения. 1961. № 9. С. 51-57.

79. Сергеев, С.В. Повышение точности при формообразовании отверстий путём управления динамическими составляющими процесса Текст. / С.В. Сергеев // Вибрационные машины и технологии. 2003. С. 384-387.

80. Сергиев, А. П. Вибрационное резание стали 110Г13Л Текст. / А.П. Сергеев, С.В. Волошин, Е.Г. Швачкин // Вестник машиностроения. 2000. № 12. С. 5052.

81. Симонян, М.М. О некоторых явлениях переходного процесса прерывистого резания при врезании инструмента в заготовку Текст. / М.М. Симонян // Вестник машиностроения. 2005. №10. С. 50-52.

82. Справочник технолога машиностроителя Текст. / В 2-х т. Т. 2 / Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1986. 496 с.

83. Ташлицкий, Н.И. Первичный источник энергии возбуждения автоколебаний при резании металлов Текст. / Н.И. Ташлицкий // Вестник машиностроения. 1960. №1. С. 45-50.

84. Тверской, М.М. Автоматическое управление режимами обработки деталей на станках Текст. / М.М. Тверской. М.: Машиностроение. 1982. 208 е., ил.

85. Туктанов, А.Г. Вибрационное сверление отверстий в деталях из нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов Текст. / А.Г. Туктанов // Обработка резанием труднообрабатываемых материалов. МДНТП. 1964. С. 42-60.

86. Филоненко, С.Н. Резание металлов Текст. / С.Н. Филоненко, «Техшка», 1975. 232 с.

87. Шустиков, А.Д. Влияние вибраций на износ инструмента Текст. / А.Д. Шустиков // СТЙН. 2000. № 1. С. 12-16.

88. Яблонский, А.А. Курс теории колебаний Текст. : учеб. пособие для студентов вузов // А.А. Яблонский, С.С. Норейко. Изд. 3-е, испр. и доп. М., «Высш. школа». 1975.