автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Внутреннее оребрение труб теплообменников лезвийным инструментом

БЕЛОРУСОСЛ Я ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПОЛИТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

Р г ......ОД----..........

На правах рукописи

КИСЛОЕ íOpííñ НиЕшлаегшч

ВНУТРЕННЕЕ ОРЕБРЕНИЕ ТРУБ

ТЕПЛООБМЕННИКОВ ЛЕЗВИЙНЫМ ИНСТРУМЕНТОМ

OíHWOI - Процессы мвхаиичеекоЛ и физнко-тукич^о-оо oPpatíoi ки, отамки и шюгрументм

А втореферат ;пи «срт.чшт »«ft сомскшше ynrtmit степени к:1ппидята технических ипук

Минск ■ |{Ш

Работа выполнена в Белорусской государственной, полцтохцичи академии

Научний руководитель - кандидат технических наук, ст.кауч

сотрудник ДЫШВ И.И.

Офлдааяыша оппоненты: доктор технических наук, профессор

11РОЧЕК Ж.А.

кандидат технических наук ЛЕЕШЮНОК В.Д.

Ведущее предприятие - Шнский завод колесных тягачей

Заищта состоится " о^т1993 г> в щ чаС0д на сас оп-чиализировонного соизта К 055.02.07 при Белорусской госуда{: мой. аолйтехкачзской мшдеьшк по адресу 220027, Илиск, ир.Ф.Скс ь5, БШЛ, а уд. 202.

С диссертацией мокио ознакомиться в библиотеке Белорусской шдитехааческой акадсша.

Автореферат разослан "/ С 93 г.

Учений секрзтаръ снедшалкзцроЕанного совета панд.техн.шук,доцент .^¿^'^¿¿¿г " Клзвзохшч Б.

© Белорусская государств! политехническая академт

ОШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ

Актуальность теш. Особое место в настоящее время отводится безот-эдным,ресурсо-,энерго- и природосберегающим технологиям,обеспечивап-ш снижение материалоемкости изделий,повышение производительности руда и требуемые показатели качества продукции.

Важным факторы в народном хозяйстве Республики Беларусь является се возрастающий дефицит меди,олова и свинца,которые широко использу-гся в производстве тешгаобменной аппаратура.Снижение трудоемкости и ебестоимости изготовления теплообменников,устранение вредностей ус-овий труда,обеспечение защиты и охрана окружающей среды при их про-зводстве предполагают дальнейшее повышение эффективности тепловой ппаратуры,уменьшение ее массы и габаритных размеров,увеличение на-ежяости в эксплуатации.

Традиционные методы оребрения, такие как пайка ребер или их полу-ение методом пластического деформирования,не могут обеспечить Дсста-очно большую теплопередачу,отличаются высокой трудоемкостью язготов-ения,требуют значительных энергозатрат и специального оборудования, е удовлетворяют требованиям экологии .В настоящее время накоплен оверлейный опыт получения оребренннх поверхностей на алюминиевых де-алях теплообменников путем подрезания и отгиба, тонких .слоев металла ри сохранении их прочной связи с основой.Эти способы нарезания ребер озволяют изготавливать различные по форма и размерам развитые воверх-:ости теплообмена.Теплопередалдае свойства таких поверхностей повышайся на 60 - 70 % по сравнению с полученными традиционными методами, 'акие результаты свидетельствуют,что'на основе указанной технологии озмодно создание принципиально новых конструкций теплообменников,со->тветствующих лучшим мировым образцам и превышающих их.Это направле-1ие получения развитых поверхностей теплообмена обусловливает необхо-дамость исследования процесса оребрения также и внутренних поверхностей алюминиевых груб,что актуально для дальнейшего .расширения нсполь-ювакия метода подрезания н отгиба ребер без нарушения их цельности ! основой.

Работа являлась частью комплекса исследований,проведенных кафедрой 'Металлорежущие станки и инструменты" совместно о НИИ "Теплообменные1 шпараты" БША в 1989-1992 гг. по теме "Разработка технологии получе-«я оребрения на алюминиевых элементах из АД1 с различным характером

расположение ребер" в рамках ХД № 2122 и по теме "Разработка высокоэффективных теплооСменных аппаратов и технологии их изготовления из индивидуально ope бренных труб методом резания стружки" в рамках ГБ № 86-17 ( Л гос.рег. 01.86.0135053 ).

Цель работы. Теоретически и экспериментально обосновать процесс получения развитых внутренних поверхностей теплообмена методом подрезания и отгиба тонких слоев металла лезвийным инструментом,установить закономерности формирования ребер на внутренней поверхности круглых труб и разработать рекомендации для использования метода внутреннего оребрения.

Задачи исследования.Основываясь на учении о резании металлов и достижениях в области технологии машиностроения теоретически обосновать и разработать метод оребрения внутренних поверхностей круглых груб резанием, для чего получить математические модели режущей части инструмента и траекторий его режущей кромки,аналитически исследовать особенности настройки и установки инструмента,изучить влияние этих факторов на форму; и размеры ребер;, предложить приспособления,позволяющие реализовать метод; экспериментально исследовать процесс стружкообразоваяия при формировании внутреннего оребрешш.установить зависимости,характеризующие влияние определяющих факторов на силы резания и деформацию подрезаемого слоя; обосновать принципиальные схемы конструкций перспективных приспособлений для оребрения резанием и теплообменников из алюминиевых труб,внутреннее.оребреше которых получено методом подрезания и отгиба ребер; разработать рекомендации для практического использования метода внутреннего оребрения алюминиевых труб. .

Методы исследования.В работе основное внимание уделено качественным и количественным закономерностям процесса внутреннего оребрения алюминиевых труб методом подрезания и отгиба ребер лезвийным инструментом. Эти закономерности базируются на фундаментальных исследованиях в области, теории резания.При рассмотрении вопросов взаимодействия явлений и факторов в реальных процессах оребрения поверхностей,разробот-ке моделей и методов решения,отражающих объект исследования,использованы достижения науки и практики в области резания металлов.Методика исследований включала комплексный подход к выбору оптимального варианта технологии получения внутреннего оребрения.включая оборудование, приспособления и режущий инструмент.В основу теоретических исследований положено математическое моделирование с применением ЭВМ.Опыты выполнены о использованием современной измерительно-регистрирующей аппаратуры .традиционных методов исследований и планируемого эксперимента. Для обработки результатов опытов использованы статистические и регрессионные метода анализа с привлечением средств вычислительной техники.

9

Основные положения,выносимые на затату. I. Из экспериментально-теоретических разработок - обоснование метода оребрения внутренних поверхностей труб; математические модели режущей, части инструмента и траекторий движения его режущей кромки при внутреннем оребрении; результаты аналитического исследования и компьютерного эксперимента по решению задач настройки и установки режущего инструмента,характера его движения и влияния этих факторов на форму и размеры ребер; основные закономерности процесса стружкообразования при формировании ребер.на внутренней поверхности алюминиевых труб; обобщенные математические зависимости для оценки влияния определяющих факторов на силовое взаимодействие инструмента и заготовки в зоне резания.

2. Из научно-методических разработок - методика определения параметров режущей части лезвийного инструмента и траектории движения его режущей кромки с использованием разработанных вычислительных программ FIN и CORNER ; аналитические зависимости для расчета координат установки режущего инструмента,обеспечивающих заданную форму и размеры ребер; расчетные формулы для определения сил резания при подрезании и отгибе тонких слоев металла (рёбер) яа внутренней поверхности алюминиевых труб; рекомендации по использованию предложенного метода для получения развитых поверхностей теплообмена.

3. Из научно-технических разработок - новые решения при создании конструкций инструмента и приспособлений, позволяющих реализовать метод внутреннего оребрения тешсообмэнкых труб; принципиальна схемы новых конструкций теплообменных устройств,в которых использованы трубы с внутренним оребрекиек; пакет вычислительных программ и результаты решения- задач оптимизации формы и размеров ребер; углы заточки инструмента и режимы резания при. оребренин внутренних поверхностей аишнл-евнх труб методом подрезания и отгиба ребер.

Научная новизна. Выполненные исследования позволила дать новое решение актуальной задачи по обоснованию и разработке эффективного процесса изготовления развитых внутренних поверхностей теплообмена резанием.

На основании предложенных математических моделей режущей части лезвийного инструмента и траекторий ее движения при реализации внутреннего оребрения получены новые результаты по формированию ребер заданных размеров и форма .Выявлены стадии процесса и его физическая сущ>-ность.Выведены аналитические зависимости для определения координат установки и настройки режущего инструмента,дано математическое описание его движения.Изучен процесс стружкообразования при формировании ребер, выполнена количественная оценка утолщения ребер у основания при их подрезании и отгиба на внутренних поверхностях алюминиевых труб,впервые

установлена ¿¡редели изменения величин углов действия и наклона условно! плоскости сдвига,среднего коэффициента трения,относительного сдвига,интенсивности деформаций и напряжений.Получены формулы для определения удельных сил резания,предложена обобщенная зависимость окружной силы резания от определяющих факторов,оценена степень их влияния.на силовое взаимодействие инструмента и обрабатываемого материала в зоне резания.

Практическая ценность. Предложена безотходная экологически чистая технология изготовления теплообменных алюминиевых труб с внутренним пр< дольным оребрением.Выбрано оборудование и разработаны конструкции приспособлений для реализации метода формирования ребер на внутренних поверхностях круглых труб.Обоснованы рекомендации по назначению параметров установки инструмента и режимов резания при изготовлении ребер заданны: размеров и формы. На базе труб с внутренним о ре брешем предложены новы1 конструкции теплообменников.

Разработанный метод внутреннего оребрения обеспечивает повышение производительности при изготовлении теплообменных элементов,улучшает и качество и рабочие свойства,является экологически безвредным.

Полученные результаты и предложенные рекомендации использованы при разработке и внедрении конструкций систем терморегуляции изделий,выпус каемых НЮ "Салют" (Москва).

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались н научно-практической конференции "Новое поколение компактных теплообмен ников" (Брянск,Г990 г.) , научно-технических конференциях БП1А (Минск, 1988-1993 гг.) и семинаре "Изготовление теплообменной аппаратуры"(Мос-ква,1993 г.).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 4 статьи,полз чено 3 авторских свидетельства и 2 положительных решения по заявкам не изобретения.

Объем работы. Диссертация объемом 298 страниц состоит из введения, пяти глав,общих выводов,библиографического списка из 104 названий и приложения. Основной текст работы изложен на 166 стр.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность работы,кратко отражено состояние вопроса,определены цель и задачи исследования,изложены основные полол« ния,выносимые на защиту.

В первой глава проведен обзор конструкций теплообменников из круглых орэбренных труб,анализируются виды оребрения,метода получения ребер на круглых деталях и обрабатываемость алюминиевых сплавов.

Вопросам исследования влияния формы и размеров развитых поверхностей теплообмена на тешюпередахяцае характеристики как отдельного элем<

та. (трубы), так и теплообменного устройства в целом посвящены работы В .В. Буркова ,К. Гарднера, Г .Н. Дульнева, И. И .Дьякова, Д .Керна, Д. Е .К летта' , А.Г.Кузина и других авторов.Существующее многообразие машин и механизмов, требующих применения тешгообменной аппаратуры .обусловило появление различных конструкций теплообменников,отличающихся конструктивными и технологическими признаками.Важным фактором при создании кгсокоэффективного теплообменника является подбор оптимальной геометрга и типа его тешгообменной'поверхности. !

. В результате изучения способов повшения эффективности тешюобмен-ннх элементов■установлено,что при разработке технологии изготовления труб с внутренним оребрением необходимо походить из наибольшего или заданного количества отводимого тепла.Последнее обусловливает толщину и высоту ребер,характер их расположения на внутренней поверхности труб и вид профильного сечения.

Анализ применяемых технологий изготовления развитых поверхностей теплообмена показал,что практически все производство базируется на ' двух методах: в первом ребристая поверхность получается выдавливанием, ребер из материалов высокой пластичности; во втором предусматривается получение элементов орэбрения о последующим креплением их на поверхности трубы.Эти метода имеют ряд недостатков,влияющих на эффективное!? работы теплообмениого устройства.В частности .метод пластического деформирования на обеспечивает получение тонких (меяае 0,3 мм) ребер с шагом менее двух мм.что обусловливает невысокий коэффициент теплопередачи оребренной поверхности.Метод отдельного изготовления оребрения о последующим креплением ребер к основз (кзханичеенш путем или пайкой) исключает указанный недостаток первого метода, однако является сложным и трудоемким процессом, требует дефащтннх и дорогах материалов (медь, олово,свинец),не отвечает требованиям экологии.Такие теплообменные элементы недостаточно надежны в эксплуатации.

Существует также перспективная ресурсосберегающая и экологически чистая технология,основанная на подрезании и отгибе тонких слоев металла (ребер) о поверхности основы.В работе приводится анализ известных методов получения развитых поверхностей теплообмена резанием и отмечается необходимость дальнейшего комплексного развития з?ого направления посредством разработки метода оребреюет лйзвийшвд инструментом внутренних поверхностей круглых груб.Это позволит расширить область применения оребренных труб для интенсификации теплообмена и создания различных теплообменных устройств.

При разработка и исследовании процессов,связанных с резанием алю^-миния и его сплавов,необходимо учитывать особенности конструкции режущей части инструмента и условий обработкн.Вопросём обрабатываемости.

алюминия и; его сплавов посвящены работы В.С.Голубева,. А.М.Коновалова, А.И.Зверева,В.И.Маркова,В.И.Пашкова,Е.Э.Фельдштейна,С.Г.Энтелиса,П. И. Ящерицына.А.М.Якимовича и других авторов.Обобщение рекомендаций по обработке алюминия и его сплавов показало,что устойчивый процесс их резания обеспечивается увеличением переднего и заднего углов инструмента использованием малых радиусов при вершине режущей кромки,доводкой и полированием передней поверхности резцов,использованием максимально возможной скорости резанш и интенсивной подачей ООТС в зону резания. Вместе с тем, нет в необходимом объеме рекомендаций го обрабатываемости нежестких элементов теплообменников из пластичных материалов. Что же касается подрезания и отгиба тонких ребер на внутренних поверхностях круглых алюминиевых труб,то такие данные вообще отсутствуют.

Вторая глава посвящена аналитическому исследованию процесса ореб-рения внутренних поверхностей.Дается описание метода,сущность которого заключается в сочетании вращения заготовки с возвратно-качательным и поступательным движением лезвийного инструмента,определенно расположенного по отношении к внутренней поверхности трубы.Получены математические модели режущей кромки инструмента и траектории ее движения,проведен расчет основных параметров процесса резания,что позволило выполнить анализ возможных форм и размеров ребер,установить их зависимость от конструктивных и технологических параметров процесса оребрения.

Математическая модель режущей кромки инструмента в соответствии с рис.1 характеризуется системой уравнений (ХЛ СС2 = ггСОЬ(Р2 ;

я = ; < < I )

IЩ = с1д $[ггсоь (р2+е,) - собесуг^-Ципщ+е/,

где г, - радиус передней поверхности резца; Вг - радиус задней поверхности резид;. срг - угол, определяющий положение радиуса-вектора задней поверхности резца; 5 - угол между осью системы Оду^ и осью 0,х', системы фЙ/,'2/; е,, е, - координаты центра системы (^¡¿Щ,.

Полученная система уравнений необходима для установления закона движения режущего лезвия и вли яния условий процесса оребрения н характер изменения этого движения Необходимым условием для обес печения возможности подрезания слоя металла на некоторой длине заготовки с целью образования ребер является параллельное смещени оси борштанги с резцом огноситель

моделированию режущей кроыки инструмента

оси вращения заготовки на определенную величину, заданную координатами ё по оси Ох и Ь по оса Оу (рис.2). Значения этих координат зависят от заданных параметров ребра и величины радиуса валета резца относительно осп возврагно-качательного движения борштанги:

(3)

где í - глубина резания; Н - высота ребра.

Для получения математической модели траектории движения режущего лезвия инструмента режущая кройка,описанная уравнениями (Г),Опла сориентирована по отношению к внутренней поверхности трубы в соответствии с условиями настройки п установки оси качания борштанги относительно оси вращения заготовки (рис.2).

Для вычисления окружного.шага Т ребер при условии равенства радиусов вылета резца и внутреннего отверстия трубн-заготовки В получена формула . <

Т = а0Ь/Цсо^), с 4)

где й0 - толщина ребра у его основания.

В этом случае количество ребер по периметру окружности тру'ч К0- 2Хр. / Г ,а общее количество ребер па внутренней орзбренной поверхности длиной/, . где - осевой шаг винтовой спирали ребер.

Прн получении заданной высоты ребра необходимо учитывать укорочение подрезаемого слоя не только за счет его усадки, но и вследствт"1 кинематики процесса.Последнее ха-Рис.2. К моделирования траектории рактеризуется формулойлН

где <ре - угол качания резца в радианах, определяемый конструкцией приспособления.

Скорость перемещения рекущей кромки резца изменяется от нуля (в крайних положениях) до некоторого наибольшего значения как при рабочем,так и при холостом ходе инструмента .Максимальное ез значение

С 5 )

К моделирования траектории движения режущей кромки ( I - труба-заготовка; 2 -резец; 3 - ребро )

где

&к> Яр

Г25ип02кЯ/Ю3Яр, ий- соответственно радиусы крпвоаипа,рычага й вылета

пах

режущей крогдш резца относительно оси качания, мм; п-0 - частота вращения оправки, мин"1.

Тогда принимая во внимание вращательное движение детали,которое было учтено в обращенном- вращении инструмента,уравнение траектории движения' режущей кромки в параметрическом виде записывается следующим об-

где К2 ~ радиус-вектор режущей кромки до центра вращения детали -точки 0 (рис.2); фу - угол,определяющий положение детали в данный момент времени, ' %в - текущая координата точки траектории режущего лезвия в системе Оссух ; $ - продольная додача инструмента; Тр - время.

Разработка методики расчета геометрических размеров ребер потребовала более подробного рассмотрения характера возвратно-качательного движения режущего'инструмента.С этой целью был проведен расчет простейшего шарнирного четырехзвенника.с помощью которого в нашем случае обеспечивалось возвратяо-качательное движение режущего инструмента. В результате была получена зависимость углового положения режущей кромки от угла поворота ведущего вала и определены координаты ¿-точек траектории движения режущего лезвия .Рассмотренное оказалось достаточным' для проведения анализа возможных форм и размеров получаемых ребер,а также установления характера влияния на них условий процесса оребрения.

Б качестве параметров,определяющих форму и размеры ребра,были выбраны высота И ребра,толщина й0 ребра у его основания и толщина ае ребра в его средней части .Наибольшее влияние на величины И , й0 и ас оказывают координата Ь центра качания инструмента, глубина Ь резания и величина коэффициента К0 .равного отношению радиуса Л{ вылета инструмента к радиусу Я внутреннего отверстия трубы-заготовки.

В ходе анализа теоретических положений и результатов компьютерного эксперимента было установлено следующее: '

1) режущая кромка инструмента образуется пересечением двух цилиндров, оси которых либо параллельны ( 8" = О),либо скрещиваются (& £ 0 );

2) процесс подрезания слоя металла (ребра) предпологает вполне определенную ориентацию режущего инструмента относительно внутренней поверхности трубы-заготовки и величину радиуса вылета резца;

3) траектория движения режущего лезвия инструмента есть результат сочетания возвратно-качательного движения резца,вращения заготовки и поступательного перемещения резца вдоль ее оси;

4) уменьшение по модулю координаты Ь (риа.2) изменяет пространственное положение траектории движения режущей кромки,что ведет к увеличению И , а0 и ае ;

разом:

( 6 )

а

5) при возрастании глубины I резания происходит увеличение всех трех параметров ребра,однако интенсивность приращения толщины а0 ребра у его основания по мере увеличения I превосходит в 1,5 раза интенсивность возрастания толщины ас ребра в средней его части;

6) для получения ребер с оптимальной геометрией и достаточной жесткостью не обходимо, чтобы выполнялось уоловие 0,9 ^ 1,1 .

Особенностью процесса внутреннего оребрения резанием является то, что при обратном движении резца только что обработанная поверхность , т.е. внутренняя поверхность,с которой было подрезано ребро,в. результате своего движения набегает на заднюю поверхность резца.Происходит затирание поверхности резца и вероятен скол режущей кромки.Это обстоятель отво накладывает определенные требования на расчет углов заточки ревущего лезвия,которые в процессе резания обеспечивали бы по всей режущей, кромке и ее траектории минимальные положительные задние углы при максимально возможных кинематических передних углах.При этом необходимо учитывать,что угол заострения режущего клипа долеен обеспечивать его достаточную прочность.Другими слевами,при выборе рациональной формы режущей части инструмента следует исходить из кинематических углов рззания. Для изученного процесса кинематические передний и задний углы характеризуют наклон соответственно парадней'и задней поверхностей резца к поверхности заготовки,подрезанной к текущему ю:.:зпту времени.Их значения определялись в плоскости рззания и была пзремешпш! для различных положений режущего инструмента в процесса резаная.Нацрпиэр, для собранных конструктивных и 'кинематически;: параметров специального приспособлена, установленных для них рэаимов яаотройка товарного станка п- статических углов заточки режущего лезвия $ = 50° л <=¿=5° соглшю расчетам 'неразработанным методике з программа СОЮШ кинематические угля рззания изменяются в пределах £ = 470Г?'т-19°5Э\ с1 = 3°57'-' 4°5Э'.

В третьей главе изложена методика экспериментальных исследований , которые были проведены с целью проверки теоретических предпосылок и изучения влияния вариантов настройки системы станок - приспособление , технологических особенностей процесса и геометрических параметров ргглг-щзго инструмента на силовой фактор орзбрения,форму и размегц ребер.

Методика экперименталышх исследований включает оппс".; .3 конструкций и принципов работа системы станок - приспособление -инструмент -деталь; предварительную оценку силового фактора по косвенному показателю мощности; исследование процесса внутреннего оребрзния бег враие-яия заготовки; исследование процзсса подрезания и отгиба ребер на внутренней поверхности вращающейся заготоаки; изучение пластической дефор-лации подрезаемого слой металла (ребра).

Получение оребрения на внутренних поверхностях круг.-лх 'алюминиевых.

?ру<5 путем подрезания и отгиба тонких слоев металла осуществлялось на токарно-винторезном - отанке модели Ш62 с установленным на его продольном суппорте специальным приспособлением.Приспособление предназначено для прорезания разделительной винтовой канавки в трубе канавочным резцом и обеспечения возвратно-качательного движения оправки с резцом для подрезания ребер на поверхности высгувдв.Расположение приспособления на продольном суппорте токарно-винторезного станка необходимо для осуществления поступательного перемещения оправки с резцом вдоль оси отверстия'.трубы-заготовки,закрепленной в патроне токарного станка.

В качестве заготовок использовались трубы круглого сечения,изготовленные из алюминия марки ДЦ1, который имеет хорошие теплопередающие свойства.Для получения ребер на внутренней поверхности трубы-заготовки применялся резец из быстрорежущей стали Р6М5 с одной режущей кромкой, форма которой была определена на основании теоретических предпосылок.

На первой отадии исследования силового уровня процесса оребрешя была осуществлена предварительная оценка величин сил резания по косвенному показателю мощности для определенных параметров установки инструмента и режимов резания.Это позволило выбрать пределы изменения определяющих факторов процесса оребрения и обосновать выбор методик и аппаратуры для дальнейших исследований.

(Определение параметров,характеризующих одной или несколькими величинами затраты мощности в процзссе внутреннего оребрения,проводилось с использованием статистических методов .В результате выполненного исследования установлено,что поле рассеяния значений потребляемой мощности подчиняется нормальному закону распределения.Это дало основание в дальнейшем использовать регрессионный анализ для представления результатов в виде функциональных зависимостей.

Окружная Рв и радиальная Рр силы резания,возникающие при нарезании внутреннего оребрения,исследовались для двух случаев: без вращения заготовки и цри Наличии ее вращения.В первом случае для определения сил Р0 и Рр использовалась мезаническая измерительная система,состоящая из вспомогательных приспособлений,двух динамометров ДПУ-О.1-2, фиксировавших силы подрезания слоя металла, и микрометрического индикатора,отмечавшего радиальное смещение режущего инструмента в процессе формирования ребер.В этом эксперименте устанавливалось влияние на силы Р0 и Рр толщины подрезаемого слоя,углов заточки режущего инструмента,смазочйэ-охлавдающих технологических сред и шероховатости рабочих поверхностей режущего инструмента.Указанные факторы изменялись в следующих пределах: толщина подрезаемого слоя а « 0,05 0,45 мм; передний и задний углы заточки режущего инструмента соответственно р = 0 + 60° и с1 - 0 -г 6°; шероховатость передней поверхности инструмента Яа = 0,08 + 2,25 мкм.

Исследования по определению окружной силы резания при наличии вращения заготовки проводились с ^пользованием электрического однокомпо-нентного тензорезисторного преобразователя механических величин,сигналы которого регистрировались осциллографом К12-22. Эксперименты выполнены о целью определения зависимостей окружной силы резания- от толщины подрезаемого слоя и углов заточки режущего инструмента при использовании различных СОТС,причем исследуемые диапазоны толщины и углов заточки были скорректированы по результатам предыдущего эксперимента и изменялись в следующих пределах: передний угол заточки резца от 20 до 70° задний угол заточки от 3 до 9°; толщина подрезаемого слоя от 0,10 до 0,60 мм. В качестве ООТС применялись аквол-И,масло И-Г-А-32, керосин и смесь керосина с маслом И-Г-А.-32 в различных пропорциях.

Наряду с использованием традиционной методики экспериментирования и обработки опытных данных по методу наименьших квадратов в исследованиях были применены метода планирования эксперимента.По результатам опытов устанавливались частные я обобщенные зависимости удельных сил резания от определяющих факторов процесса внутреннего оребр°яия.В качестве удельных использовалиоь силы,отнесенные к единице ширину захвата инструмента.

В четвертой глава приведена результаты экспериментального исследования внутреннего оребреция.Опиты показали,что размера рзбзр п процзсс их получения наряду с 1шнэма?лтескс~ параметрами сисгу:; приспособление-станок определяются толщиной подрезаемого слоя,которая доминирует в группе факторов,вляяющих на силы ро.-зияя.Известно также', что силовое взаимодействие между обрабатываемой заготовкой и инстру^ентсм при заданных условиях смазки и охлаждения в значительной степени зависит от углов заточки инструмента и характеристик его режущей часта.Поэтому в качестве определяющих факторов при изучении сил резания приняты толщина а подрезаемого олоя,геометрические параметра режущего клина (передний 1 и задний <1 утлы режущего инструмента).шероховатость Ш передней поверхности резца и смазочно-охлавдающая технологическая среда.

Эксперименты,выполненные на первом этапе исследований,?,в, бгз вращения заготовки,показала,что интенсивность прнращэтат удзльноа окружной силы Р0 резания по мере увеличения толщины а подрезаемого слоя постепенно уменьшается,что объясняется снижением пластических деформаций в подрезаемом слое большей толщины.Следствием это.го является уменьшение затрат удельной энергии на подрезание слоя металла .Указанное отставание увеличения удельной окружной силы от возрастания толщины подрезаемого слоя несколько меньше,чем при обработке резанием ©тали и чугуна.

Установлено, что частные зависимости Рд ~ f {а ) нря постоянных оС и ^ могут быть представлены степенным уравнением Рд ~ Саап , где

Сдд п - параметры формулы. Анализ полученных значений параметра Са (удельной с дружной, саш резания при а = I им) и опытных значений Р0 показывает,что по мере увеличения переднего угла f заточки инструмента при постоянном заднемуглеи удельная окружная сила резания уменьшается сначала незначительно до у = 20°, а затем в области = 4 0°-* 60 - более интенсивно.Показатели степени а .полученные для различных р колеблются в довольно узких пределах.Поэтому с некоторой погрешностью можно принять,что угол / практически ке влияет на величину п . Если йтот показатель степени усреднить,сделать пересчет параметра Са и уста новйть его зависшость от утла у ,то в итоге получим

Ро = СаУгт> (7)

где Саг = 2032 Н/мм - удельная окружная сила резания в случае а = I мм и у - 1°; П = 0,81 и яг = - 0,67 - параметры формулы.

Эта формула применима для рабочих пределов изменения угла р = = 40°-* 60° и толщинах подрезаемого слоя а - 0,05 + 0,45 мм.

Установлено,что усадка стругай (ребра),характеризовавшаяся в.опытах коэффициентом Ка утолщения ребра у корня,убывает практически пропорционально увеличению угла р ■ .Уменьшение Ка по мере увеличения р идет более интенсивно в рабочем диапазоне р = 40°60° .Для всего предела изменения р. зависимость Ка = / ( ) может быть приближенно описана уравнением прямой Ка= 4,0 - 0,044^ .

Уровни коэффициентов утолщения 'ребер и удельных окружных сил резания имеют наибольшие значения в случае отсутствия СОТС и наименьшие при использовании в качестве СОТС смеси керосина и масла И-Г-А-32 в соотношении 2:1.

Исследование влияния изроховатости Ка передней поверхности инструмента на удельную окружную силу Р резания позволило получить следующую зависимость:

где Кш- козфрщиэнт.учипшзаций шероховатость передней грани режущего инструмента; Р - удельная окружная сила в случае ^ = 0; П1 п -параметры формулы.

Параметр п1 характеризует интенсивность убывания силы Р0 по.-мере увеличения р .В рассматриваемом случае п< = 0,78 -г 0,94. Параметр представляет собой то значение. ,при котором удельная окружная сила Р = 36,8 Н/мм, т.е. в случае $ - & .Значения удельной окружной силы Р^получены опытным путем при использовании резцов с р = 0 и Ра -= 0,08 + 2,25 мкм.что позволило установить величины коэффициента./^.

Дальнейшее обобщение опытных данных и установленных параметров в '

случае п{ = пс = 0,85 дало возможность получить формулу длят оценки величин удельной окружной силы в диапазоне шероховатостей передней грани инструмента Ра - 0,08 2,25-мим и углов у = 20°+ 60°

Ро^,2Рсг^а^[ехр-(0,0^а3п^] , С 9 )

где /о^л = 83,5 Н/мм - удельная окружная сила резания при у = 0 п Яа = Г мгал; я2 = 0,02 и Лс = 0,85 - параметры формулы.

Удельная радиальная сила Рр резания в значительной степени определяется не только толщиной а подрезаемого слоя,но и задним углом <1 режущего инструмента.При крайних рначёнпях диапазона изменения угла сС четких зависимостей Рр = /(«£ ) не установлено.Для этих данных характерно то,что в случае о£ = 0 радиальная сила имеет положительное направление, а при оС - 5° - отрицательное,т.е. появляется самозатягивание резца.Последнее обусловлено тем,что направление действия результирующей радиальной силы является следствием различий в соотношениях между ее составляющими при. различных значениях угла сС .Поэтому с увеличением заднего угла оС в рабочем диапазоне от 3 до 5° происходит уменьшение удельной радиальной силы Рр резания.Эксперимент также показал,что црп оС = 3°-* 5° интенсивность увеличения силы Рр по мере возрастания толщины а подрезаемого слоя постепенно уменьшается, а зависимость Рр -= /(£?) при оС = соп^ описывается формулой

Рр=%ап>, . (Ю)

где Рр1 и пр - параметры формулы (для и = 3° р( =21,7 Н/мм; для оС = 5° Рр{ = 14,7 Н/км; /гР = 0,5). • .

Результаты экспериментов,проведенных в реальных условиях изготовления труб с внутренним оребрением,показали,что характер изменения силовых факторов остается таким же,как и при подрезании ребер на внутренней поверхности заготовки без ее вращения.Вместе с тем,для определенных условий проведения опытов уровень удельных окружных сил в случае вращения заготовки значительно ниже,чём при его отсутствии,а.интенсивность приращения удельной окружной силы Р0 резания для различных диапазонов толщины а подрезаемого слоя неодинакова. Это обусловлено следующим:

I. В реальных условиях оребрения режущая кромка инструмента,совершая возвратно-качательное движение,врезается в заготовку не из состояния покоя,а имеет определенную скорость,обусловленную, конструктивными и кинематическими параметрами процесса ре'зания,В наших опытах скорости врезания превышала 100 гУ мин, а наибольшая скорость составляла 140 м/мин. Увеличение скорости резания в указанном диапазоне приводят к уменьшению размеров и повороту зеш деформация,что вызквзет возрастание угла сдвига,снижение"степени деформации подрезаемого слоя и ,яак

следствие,существенное уменьшение сил резания.

2. Направление вращения заготовки при ее оребрении совпадает с направлением рабочего хода инструмента,в результате чего на "убегающей" от резца заготовке происходит недорез ребра по сравнению со случаем, когда вращение заготовки отсутствует.Это обусловливает уменьшение высоты ребра и его.толщины у основания, а,следовательно,и силы резания. Оцыты показали,что для фиксированных значений толщины а подрезаемого слоя в пределах ОД + 0,4 мм окружные силы при подрезании ребер в случае отсутствия вращения заготовки превышают таковые при ее вращении в 1,8 + 2,3 раза.Если врезание резца в заготовку проводится из состояния покоя,то уровень окружных сил оказывается еще более высоким (больше в 4,0 + 6,? раза).

3. Различие в интенсивности нарастания окружных сил резаная для различных диапазонов изменения толщины подрезаемого слоя является следствием цроцессов,протекающих в зоне первичной деформации и на передней поверхности инструмента.В нашем случае при а 0,4 мм из-за большей жесткости формируемых ребер реакция с их стороны на переднюю грань инструмента возрастает по сравнению со случаем,когда а< 0,4 мм.Это приводит к изменению условий резания и более интенсивному увеличению окружной силы резания при возрастании толщины подрезаемого слоя.Пр" этом ■самозатягивание инструмента отсутствует даже при = 9°.

Таким образом,уменьшение уровня окружных сил при вращении заготовки по сравнению со случаем,когда оно отсутствует,является следствием температурка-скоростного фактора, особенности контактных явлений, на рабочих повер ностях режущего клина инструмента и изменения характера деформации f атериала заготовки в зоне резания.

' Каждый из циклов формирования'одного ребра на внутренней поверхности заготовки характеризуется немонотонной кривой,ограниченной на осциллограмме изменения окружной силы резания во времени вертикальными линиями А-А (рис.3).Рабочий ход инструмента соответствует участку АС,который включает две стадии процесса На участке /.В резец движется из верхнего "мертвого""положения до момента врезания в тело заготовки,а па участке ВС осуществляет подрезание и отгиб ребра.Здеоь увеличение окружной силы пропорционально времени,Участок СДЕА соответствует холостому ходу инструмента и не симметричен участку ВС относительно прямой СС

рззапил во времени при формировании ребер •

из-за релаксация, возник пещей в чувствительной элементе тензометричес-кого преобразователя механических величин измерительного комплекса. Очевидно также и то,что на участке ДБ происходит снижение интенсивности уменьшения окружной силы из-за наличия затирания обработанной поверхности задней гранью инструмента при его холостом ходе.

Выход резца сопровождается перемещением обработанной поверхности в сторону задней грани режущего клина,что уменьшает угловой зазор между ними.Естественно,что за время выхода резца из контакта с заготовкой она повернется на некоторый угол.В результате этого задняя поверхность резца внедрится в поверхность среза на величину

(п>

где пт - частота вращения заготовки,мин"' .

Изучение характера влияния переднего угла X заточки инструмента и СОТС на удельную окружную силу Ц резания при фиксированных значениях шероховатости передней грани,заднего угла и. и толщины а подрезаемого слоя позволило установить,что зависимость Р0 = / (/ ) подчиняется закономерности (8) с введением в нее вместо параметра Кш коэффициента Кж,величина которого определяется применяемой ООТС и лежит в пределах' 3,06 * 3,51. При этом параметры формулы (8) Р0^. = 28,5 * 32,7 Н/ш.1 , /в = 13,7°* 17,4° и П, = 0,53 + 0,56.

Использование традиционных методов экспериментирования,регрессионного анализа и планируемого эксперимента с целью установления зависимостей Ра - / { а ,оС ) позволило описать опытные данные уравнением вида Р0 = СагиаП1ртс1е ,гдъСа7Л, , т и г - параметры формулы, причем С ^ представляет собой удельную окружную силу резания при а - I мм, р = 1° и оС = 1°. Эти.закономерности изменения Рд от а , $ и о1 обеспечили возможность обобщения экспериментальных данных и позволили получить расчетную формулу,учитывающую весЬ комплекс Независимых переменных,

Р0 = 1820К,Кга*5Х*?ч'аоС~аЫ> ' ( 12 )

где К1 - коэффициент,учитывающий вид СОТС ( К{= I ¿4 — без ООТС; К1 = => 1,15 - аквол-П; К, = I - масло И-Г-А-32); К2 й К3 - коэффициенты, учитывающие диапазон изменения толщин подрезаемого слоя ( Кг = I и К3=1 при . а = ОД + 0,4 мм; кг = 2,27 и К3 = 2,28 при Д = 0,4 + 0,6 мм). Формула (12) применима в случае а =0,1 + 0,6 мм; р = 40° ■+ 70° и и = 3° + 9°.При этом среднее квадратическое отклонение расчетных данных от опытных составляет + 1,3 Н/мм.

В связи с тем,что опытные зависимости Р0 = / { а ) при заданных X и сС характеризуются различной кривизной для разных диапазонов толщин

а подрезаемого слоя »дополнительно был поставлен планируемый эксперимент с применением кошозиционного рототабельного планирования второго порядка.В результате была получена модель,описывающая процесс во всем диапазоне изменения толщин подрезаемого слоя,

Рв =22,0+69,6а-0,б5р-0,22сС - 0,66а$-2А, ОаЧо,055^. ( 13 )

Эту формулу можно использовать при изменении а от 0,1 до 0,5 мм • 'в случае применения инструмента с р = 30° * 70°, о1 = 1,6° + 8,4° и' масла И-Г-А-32 в.качестве ООТС. Среднее квадратическое отклонение для формулы (13)'составляет + 0,7 Н/мы.

В результате экспериментального определения удельных окружной Р0 и радиальной Рр сил резания представилось возможным изучить характер изменения силы Ц стружкообразования,определить ее нормальную N и касательную Т (силу трения) составляющие .найти средние коэффициенты трения,оценить величину углов СО действия и р сдвига в условиях подрезания и отгиба ребер на внутренней поверхности алюминиевой трубы-заготовки как при врезании режущего клина инструмента в неподвижный слой,, так'и при наличии вращения заготовки и возвратно-качательного движения инструмента.

Естественно,что получаемые ребра должны представлять собой сливную стружку,деформация которой до возможности должна быть наименьшей.Наиболее простой и распространенной, характеристикой для оценки деформации слоя является усадка струит,которая в наших опытах,как уке отмечалось, оценивалась коэффициентом Ка утолщения ребра у корня.Этот коэффициент в значительной степени характеризует напряженно-деформированное состояние зоны сгруккообразования.

' > Обобщет з экспериментальных данных для установленных рабочих диапазонов изменения углов заточки инструмента ( Т = .40° * 60°; ^ = 3° ^ + 5°) и изменении толщины подрезаемого слоя от 0,15 до 0,45 мм в случае . использования различию: СОТО позволило подучить зависимость коэффициента Ка 'от определяющих факторов

■ . -552К4К5 < )

где К4 - ■коэффициент,учитывающий взд СОТС ( К4 = I - масло И-Г-А-32 и ■■ смесь керосина с маслом в соотношении 1:1 ; К& - 0,92 - смесь керосина и масла в соотношении 2:1 ; ](4 я 2,07 - керосин; 1,19 - аквол-П:

= 1,32 - без СОТС); Кв - козффхтиент, убывающий наличие вращения заготовки и возвратяо-качатеяыюе дьнхеиыз инструмента ( К5 - I - вращение заготовки отоутсгвуог,инструмент вреааегся из состояния покоя ; К5 ~ 0,92 ч- 0,03 - заготовка врас^атся,инструмент совершает возвратно-качательное.двикешю).

Анализируя результаты опытов и зависимость (14) можно заключить,что роцесс стружкообразования в значительной степени определяется передним глом f инструмента,так как он оказывает доминирующее влияние на вели-ину коэффициента Ка утолщения ребер.Это обусловлено не только измене-ием ориентации передней поверхности режущего клина,но и величиной уг-а а) действия,который меняется в двух противоположных направлениях: оп меныпается с возрастанием f ,но увеличивается вследствие роста угла 1 трения.Первое из этих влияний преобладает.Поэтому в условиях постойной температуры рэзашя увеличение $ в довольно узких пределах ( f = 40°-j- 60°) сопровождается уменьшением U) и,как следствие,возрастанием, глаß наклона условной плоскости сдвига,что влечет за собой существен-ое уменьшение коэффициента Ка (показатель степени цри у в формуле 14) составляет -1,5).Что же касается толщины а подрезаемого слоя,то ля исследованного диапазона а = 0,15 * 0,45 мм ее влияние на коэффи-иент- Ка невелико (показатель степени при а составляет -0,08) и может не приниматься во внимание в практике внутреннего оребреиия.

По мере возрастания толщины а угол действия со и средний коэфЗ&ици-нт ß трения уменьшаются соответственно в пределах из - ТО,5°* 3,6° ß = 1,46 * 1,26, причем сила Рс стружкообразования практически рав-а окружной силе Рд ,так как угол действия мал.Эти данные получены при ребрении неподвижной заготовки.При наличии ее вращения происходит уме-ьшение величин и) и ß ,так как в этом случае уровень удельных окруж-ых сил существенно снижается (в 4,0 * 6,7 раза),что обусловлено прежде сего воздействием температурно-скоростяого фактора на контактные усло-ия в пределах передней поверхности инструмента,а также взаимосвязью ежду трением на этой поверхности и пластической деформацией в зоне ©рмирования ребер.

В результате анализа различных подходов к определению угла ß нак-она условной плоскости сдвига оказалось,что несмотря на значительную деализацию процесса стружкообразования наиболее приемлемой в случае одрезания и отгиба ребер является формула Тюле И.А.,так как она позво-яет при оценке напряженно-деформированного состояния обрабатываемого атериала в зоне резания использовать коэффициент Ка утолщения ребер их корня.Эти результаты позволили также оценить не только угол нагло-:а плоскости сдвига,но и относительный сдвиг,интенсивность деформаций : напряжений,а также касательную и нормальную составляющие силы струж-юобразования и возникающие при этом касательные напряжения Z .Уста-ювлено.что при f -conti и увеличении а от 0,15 до 0,45 мм, т.е. в •ри раза,угол ß возрастает с 26,4° до 29,6°,что составляет только 12 %. [ри этом относительный сдвиг t ,а также интенсивность деформаций ei я [апряжений 6-, уменьшаются на 13 4 20 %.Ъ случае изменения у от 20 до

60° и а = conti из-за сильного уменьшения коэффициента Ка с 3,11 до 1,31 (в 2,4 раза) происходит еще более прогрессивное падение значений 6 и ег соответственно в пределах 2,91 * 0,68 и 1,68 * 0,39 ( в 4,3 раза)Лто же касается напряжений Т в плоскости сдвига,то они в рассматриваемом случае изменяются в пределах 74,9 4 89,5 Н/мм^,проявляя тенденцию к увеличению по мере роста интенсивности деформаций.Это объясняется изменением температурно-скоростного режима деформации в процессе подрезания ребер как с малыми скоростями,так и при плавном- их увеличении из-за вращения трубы-заготовки и возвратно-качателыюго движения инструмента.

Из многочисленных экспериментальных исследований известно,что для широко применяемых в практике условий резания сумма углов а) +ß изменяется незначительно.Б наших опытах эта сумма колебалась в пределах 35,2°-г 36,7° и в среднем составила 36°. Этот угол можно принимать в расчетах при оценке силовых параметров через касательное напряжение и при обработке других сплавов алюминия.При этом следует учитывать, что касательное напряжение должно соответствовать сдвиговым деформациям . Ь = 1,5 * 1,7 .свойственным процессу внутреннего оребрения.

Установленные качественные и количественные параметры стружкообра-зования при подрезании и отгибе ребер на внутренних поверхностях труб-заготовок служат основой для выбора оптимальных режимов резания не толь ко по силовым факторам,но и для получения оребрения с заданны:,:л размерами и формой ребер.

В пятой главе даны рекомендации по назначению режимов и параметров процесса внутреннего оребрения,рассмотрены вопросы совершенствования устройств дтя получения оребрения на круглых деталях резанием.

Комплек! теоретических и экспериментальных исследований,выполненный с целью изучения процесса внутреннего оребрения,позволил разработать рекомендации по выбору оптимальных режимов резания,СОТС и параметров настройки оборудования для получения , рациональных по размерам и форме ребер.

В качестве перспективного устройства для получения внутреннего оребрения предлагается конструкция,позволяющая получать качественные развитые поверхности теплообмена внутри длинномерных (свыше 300 мм) труб. В основе устройства лежит использованный принцип получения ребер'подрезанием и отгибом тонких слоев металла режущим инструментом,совершающим одновременно возвратно-качательное и поступательное движения.Дополни- . тельно предусмотрена следящая система,которая обеспечивает силовое замыкание борштанги вблизи резца о внутренней поверхностью трубы-заготовки, а также автоматически осуществляет беззазорный контакт сопрягаемых звеньев независимо от погрешности размера отверстия трубы (пол.реш. от

4.01.92 по заявке Я 4955268/08).

Предлагается также высокопроизводительный метод получения внутрен-их продольных ребер многолезвийным инструментом,работающим по схеме ротягиванпя внутренних отверстий.Специальный режущий инструмент сос-оит из борштанги и соосно расположенных на ней конических втулок,име-щих винтовую режущую кромку .Конструкция и расположение конических тулок позволяют нарезать внутренние продольные ребра и уравновешивать рутящие моменты в процессе резания (А.с.1703306).

Для расширения возможностей рассмотренного в диссертации метода поучения внутреннего оребрения разработаны два приспособления к универ-альному токарному оборудованию,позволяющие оребрять наружные поверх-ости круглых труб теплообменников лезвийным инструментом.Первое из риспособлений предназначено для получения расположенных по винтовой пирали продольных ребер на наружных поверхностях круглых длинномерных руб диаметром от 10 до 100 мм.Применение этого устройства дает возмож-ость расширить диапазон диаметров оребряемых труб и получить качест-енно новую по форме и расположению ребер развитую поверхность тепло-бмена (А.с.1822051).Вторая конструкция приспособления разработана с ;елью получения поперечных ребер на наружных поверхностях длинномерных руб диаметром от 10 до 40 им.Характер расположения ребер на наружной оверхности трубы зависит от соотношения частот вращения трубы и воз-ратно-поступательного движения режущих инструментов.

Теплообменные трубы с,внутренним продольным оребрением,полученным етодом подрезания и отгиба тонких слоев металла,предназначены-для соз-ания различных по конструктивным и функциональным параметрам теплооб-енных агрегатов.Наиболее эффективным применение этих труб будет в кон-трукциях.где требуется охлаждать одну среду другой.Это,в первую оче-едь.жидкостно-масляные радиаторы для двигателей внутреннего сгорания, ндчостно-масляные теплообменники типа "труба в трубе" и воздухо-жид-остные радиаторы.

Внедрение разработанной и представленной в диссертационной работе ехнологий получения внутренних развитых поверхностей теплообмена было существлено в НПО "Салют",г.Москва, и позволило снизить в 8 * 10 раз рудоемкость изготовления оребренных тепловых труб,на 20 + 30 % умень-ить металлоемкость конструкций и в 2 + 3 раза повысить коэффициент спользования материала.

Для повышения эффективности работы двигателей внутреннего сгорания ыл сконструирован жидкостно-масляный радиатор,теплообменный элемент оторого представляет собой плоскоовальную трубу с внутренними продоль-ыми ребрами (А.с Л716181).Радиатор отличается компактностью,низкой рудоемкостью изготовления,высокими теплотехническими показателями.

Предложен также теплообкенный элемент масляного фильтра-теплообмешшк ОйТ) для двигателей внутреннего сгорания автомобилей Горьковского автомобильного завода.Изготовление теплообменного элемента по разрабо танной технологии позволит в 3 + 4 раза по сравнению с технологией Камских автомобилестроителей повысить производительность оребрения. Тепловые испытания этого МФТ о теплообмешшм элементом,развитая внутренняя поверхность которого получена методом подрезания и отгиба ре бе] дали положительные результаты.

выводи

На основании совокупности выполненных исследований в диссертационной работе осуществлено новое решение задачи по обоснованию и разработке эффективного о точки зрения производительности и качества получаемых ребер процесса изготовления развитых внутренних поверхностей теплообмена методом подрезания и отгиба тонких слоев металла лез'вийша инструментом,что имеет существенное значение для дальнейшего развития, механической обработки конструкционных материалов в машиностроении,решетя технических задач в области изготовления теплообменных алюминиевых труб с внутренним оребрениеы и создания новых конструкций теплооб-менных устройств.

В результате выполненной работы сделаны следующие выводы:

I.Обоснован и разработан метод получения развитой поверхности теплообмена с продольной ориентацией оребрения на внутренней поверхности труб,позволяющий варьировать характером расположения,формой и размерами ребер.

'• 2. На сновании результатов математического моделирования (уравнения (I) ) разработана конструкция инструмента .режущая кромка которого образована пересечением поверхностей' простых форм и обеспечивает заданные параметры профильного сечения ребер на внутренней поверхности труб.

3. Процесо формирования продольных ребер на внутренней поверхности трубы-заготовки предполагает наличие такой траектории движения режущей кромки .которая является результатом сочетания вращения заготовки, возврагко-качателького движения, резца а его поступательного перемещения при определенной ориентации режущего инструмента относительно внутренней поверхности трубы-заготовки. Траектория движения режущей кромки описывается математической моделью (4).

'4. Существует определенная связь ( формулы (2),(3),(5) и (6) ) меж ду параметрами расположения режущего инструмента относительно внутренней поверхности трубы-заготовка,режимами обработки (глубина резания ,

частота вращения трубн-заготовки и качания инструмента) и размерами получаемых ребер (толщина ребра у его основания и в средней части, высота ребра).-

5. На основания теоретических исследований выбран тип оборудования и предложена конструкция специального приспособления, позволяющего реализовать метод получения внутреннего оребрения лезвийным ннструменом.

5. В результате обработки опытных данных,полученных при отсутствии вращения заготовки,установлен характер изменения и уровень составляющих силы резания,получены формулы (7) - (10) для оценки удельных окружной и радиальной сил резания,выявлены особенности утолщения ребер при их подрезании и отгибе.Показано,что интенсивность приращения удельной окружной силы резаная по мере увеличения толщины подрезаемого слоя постепенно снижается.Наибольшее уменьшение удельной окружной силы резания вне зависимости от толщины подрезаемого олоя происходит при увеличении переднего угла инструмента в рабочем диапазоне 40°+ 60°.Изменение этого угла от 20 до 60° при различной шероховатости передней грани режущего клина приводит к уменьшении удельной окружной силы резания по экспоненциальной зависимости (8) .Для,оптимальных значений заднего угла инструмента ( с/ - 3°* £*) интенсивность увеличения удельной радиальной силы резания по мерз возрастания толщины подрезаемого слоя постепенно снижается.Наиболее рациональным с точки зрения уменьшения уровня сил резания и обеспечения наименьшего утолщения ребер является применение в качестве СОТС масла И-Г-А-32 или его смеси с керосином в соотношении 1:2.

7, При установленных оптимальных значениях переднего и заднего углов резания ( ^ = 40°* 60°; и. = 3°+ Е?) увеличение толщины подрезаемого слоя в пределах 0,10 -г- 0,45 мм приводит к уменьшению утла со действия с 10,5 до 6,6° и среднего коэффициента^ трения с 1,46 до 1,26 .незначительному возрастанию угла £ наклона плоскости сдвига от 26,4 до 29,6? и снижению уровней относительного сдвига £ и интенсивности деформаций ес соответственно в пределах 2,9 + 0,7 и 1,7 + 0,4. •Установленный характер изменения указанных факторов находится в полном соответствии с предетавлениями теории резания металлов, в области взаимосвязи параметров процесса стружкообразовання и влияния на них условий резания.

8. Опытные данные,полученные в реальных условиях процесса,т.е. при наличии вращения заготовки,показали следующее:

- характер изменения силовых факторов остается таким же,как и при подрезании ребер без вращешя заготовки,однако для сопоставимых условий оребрения уровень удельных окружных сил резания в случае вращения заготовки в 4,0 + 6,7 раза ниже,а интенсивность приращения этих сил

для различных диапазонов толщины подрезаемого слоя неодинакова;

- уменьшение уровня окружных сил в реальных условиях оребрения я ляется следствием температурно-скоростного фактора,особенностей конта тных явлений на рабочих поверхностях режущего клина инструмента и изы нения характера деформаций материала заготовки в зоне резания;

- различие в интенсивности нарастания удельных окружных сил реза ,ния для разных диапазонов изменения толщин подрезаемого слоя обусловь но процессами, протекающими в зоне первичной деформации и на передней

'поверхности инструмента.

9. Дано объяснение сущности процесса формирования ребер на внутре ней поверхности заготовки,установлены кинематические углы резания и п лучена формула (II),характеризующая наибольшую глубину затирания поверхности среза задней поверхностью резца при его холостом ходе.

10. Установлено влияние переднего угла дг режущей части инструмент на удельную окружную силу Р0 резания при использовании различных СОТС, показано,что применение масла И-Г-А-32 в случае изменения р о1 40 до 70° обеспечивает по сравнению с обработкой без СОТС снижение ур< вня удельных окружных сил в 1,4 * 1,5 раза. Получена обобщенная зависимость (12) для определения Рд в зависимости от комплекса определяшда: факторов - толщины а подрезаемого слоя,переднего у и заднего Л угле

..режущего клина инструмента а вина используемой СОТС, Для оценки взаимного влияния указанных факторов в изученном диапазоне их изменения получена математическая модель (13),из которой следует,что доминирующее влияние на величину удельной окружной силы резания оказывают передний угол инструмента и толщина подрезаемого слоя,влияние заднего угла неве лико и практически линейно.Характерно,что интенсивность увеличения Р0 по мере во зрастания а значительно меньше ,чем степень уменьшения Ра вследствие увеличения Т •

11. Предложены перспективные конструкции устройств для получения внутреннего оребрения на длинномерных трубах теплообменников; приспосс бления,позволяющие оребрять наружные поверхности круглых труб теплообменников лезвийным инструментом,который работает по принципу подрезан! и отгиба тонких слоев металла; новые конструкции теплообменных аппаратов, где в качестве тешюобменного элемента применяются трубы как о вщ тоенким.так и. с наружным оребрэнаем,полученным предлагаемыми методами.

12 . В результата проведенного комплекса теоретических и экспериментальных исследований по изучении процесса внутреннего оребрения рекомендованы оптимальные режимы резания, СОТС и параметры настройки оборудования для получения рациональных по размерам и форме ребер.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Дьяков И.И., Кислов ¡D.H. К расчету параметров продольного ореб-)ения на внутренних поверхностях труб //Технология, оборудование меха-юобрабатывагащего и сборочного производства.- ЩИТИ,- М., 1990, вып.5.-!. 39-43.

2. Дмитриев О .Л., Кислов J0.H. К вопросу изготовления оребрения на шутренних и внешних поверхностях круглых труб лезвийным инструментом '/ Материалы региональной научн.-техи. хонф.: Новое поколение компакт-их теплообменников ( г.Брянск, 25-26 мая 1990 г. ).- Брянск, 1990 .I. 53-54.

3. Дьяков И.И., Миткевич С.И., Кислов Ю.Н. Оптимизация режимных араметров процесса оребрения внутренних поверхностей круглых труб // [атериалы 47-ой научн.-техн. конф. Бел. политехи, ин-та в 3-х частях: ¡зкции Автомобиле- и тракторостроение, Машиностроение, Металлургия, нергетика.- Мн.: 1932, ч,1.- С.75.

4. Протяжка'/ И.И.Дьяков, Бу Хибиб Наджиб, Ю.Н.Кислов,.С,И.Матке-ич (СССР): А.с. 1703306 СССР, ШИ3,В23В43/02.

5. Водомасляный теплообменник для двигателя внутреннего сгорания И.И.Дьяков, Ю.Н.Кислов (СССР): A.c. I7I6I8I СССР, ЖИ3, F0IPII/08.

6. Устройство для нарезания ребристых поверхностей теплообменников И.И.Дьяков, О.Л.Лмитриев, Ю.Н.Кислов, Д.Н.Дьякова (СССР): A.c.

822051 СССР, fiKH3, B23PI2/06.

7. Устройство для нарезания ребристых поверхностей на токарном танке / И.И.Дьяков, Ю.Н.Кислов (СССР): Заявка 4669752/27 ( пол. реш. т 25.01.90 ).

8. Устройство для нарезания ребристых поверхностей на токарном танке / И.И.Дьяков, С.И.Миткевич, Ю.Н.Кислов (СССР)'.Заявка 4955268/08

пол.реш. от 04.01.92 ),

9. Кислов Ю.Н. Внутреннее оребрение- теплообменных труб лезвийным нструментом: Белор. гос.. политехи, академия,- Минск, 1993 .-.29 о.: л,- ДЕП.'.в ВИНИТИ 13.04.93, й 928-В93.