автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Высокопроизводительное фрезерование фасонными и двуугловыми фрезами с новыми схемами резания

государственный комитет российской федерации

по высшему образованию

самарскии государственный технический ___университет_'

пТ-Щ1 - :

СМОЛЬНИКОВ Николай Яковлевич

ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОЕ ФРЕЗЕРОВАНИЕ ФАСОННЫМИ И ДВУУГЛОВЫМИ ФРЕЗАМИ С НОВЫМИ СХЕМАМИ РЕЗАНИЯ

050208 - Технолога иниинццюиия

050301 - Пропнем миамчичпя ж |}чшч и питан» обработка, ешш я миетрумряты

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Сиярп 1994

Работа выполнена в Золгогралслок ордена Трудового Красного Знамени государственном техническом университете.

Ои'кщгадьаке оппоненты - доктор техшгческлх наук, профессор

А.Н.САЯЬ&КОЗ,

доктор технических наук, профессор Г.Г.ШШОйЛ

доктор технических наук, профессор ¿.У.ЗАРЯЩ&ы

Ведущее предприятие - ilü волгоградская тракторнаЛ завод

Защита состоится " -¿f1294 г. в /^^часов

в ауд.23 на заседании спедаализнрозанлого совета ¿.G63.I6.u2 яр:: Самарском ордена Трудового Красного Знамени государственно:.' техническом университете им.^.й.^иогиеза.

Адрес института: 4430IU, r.Caj.-apu-Iü, ул.Галактксйовская, 141.

С диссертацией иохно ознакомиться в библиотеке института. Просив Зас принять участие в обсуждении работы и направить свои отзывы (в двух экземплярах), заверенные печатью но вышеуказанно.^ адресу.

Автореферат разослан " ¿¿-/Qf-fs* ¡^¿94 Гф

у.

Ученый секретарь специализированного совета,

доктор техн.наук, профессор Mi.M.lUü2BAH03

В современных машинах и приборах все больнее применение находят слогнопро^дльныэ изделия, псзволяидде значительно сшсать . ■ трудоемкость сОорм: механизмов ¡5 машин, повшагь их надежность и эксплуатационные качества. Однако трудности, возникающие при изготовлении елолнопрофкльных изделий, серьезно препятствуют их'широкому применении, заставляя расчленять слокяопрофильные изделия на более простые формы для обеспечения лучших условий га обработ-

iiucoKiie темпы развития машиностроения нельзя обеспечить бзз непрерывного соззрленствованил технологии механической обработки, определяьлел б большинстве случаеЕ трудоемкость лзготспле:!.'.-! oi-эзтстзэш-ых детали?: капли ;; агрегатов.

Ьзду.дая роль в изготовлен®! деталей слогаюи »¿юрщ принадлежит ^рчззерозан.'и: цл.тп.лрлчес>:з;.г/, торцовому, фаоонно:лу.

Лз >-оех и-реззрних операции са.мои трудоемкой и дорогостояще'! является урезерозанле .¿асонными ¿резамн. Это объясняется сравнительно Hji2KJi?.Bi релзтмамл резания и высокой стоимостью фасонных ^реэ.

Терцовые и цилиндрические (¿рези илеит большое разнообразие к конструкции , широкое варьирование рекуцях элементов и геометрии, прнмекенлз н-зперетачизаемых пластинок, использование сборных конструкции л прокол Гоммц аысокопродзводлтзлышх тптрушнтальшх материалов. Одпако конструкции фасонных ¡¿pes огран;пени (¿-ормой изделия, и как правило, изготавливаются цельннмл из дефицитного дорогостоящего быстрорекуцзго материала. Стоимость их на порядок вьгле стоимости всех других видов ^рез.

J связи с низкими ренимлми резания на операциях ¿л с он.него Лрезеро^чкя занят большой парк фрезерных станков (особенно на инструментальных заводах), используются значительные производственные плоцади, .'.'iioro работах и расходуется большое количество дорогостоящих ¿рез. Только на заводах сельскохозяйственного мзеи-нсстроения расходуется 1ерзячных фрез на сули,у 5 мил.800 ткс.рублен, а зсс-го различных фасон..ых фрез на 18 ..ел.ЮО тыс.рублей {в ценах 19Б9 г.).

Анализ литература по современному состоянию процессов фрезерования и производственный опыт показывают, что' указанные техни-iecicie ограничения фасонных фрез связаны прежде всего с особенностями процесса резания и дальнейшее совершенствование зозмошю на ¡азе углубленного изучения физических закономерностей процессов ¡еханическол обработки.

Серьезные исследования по цилинд^ичзскоцу и торцевому (¿<ре-ззровшшю приведены Лариным ;.!.Н., Розенбергом А.Ц., Исаевым А.И., Уоьюгшшыы Г.Г., Подьемциковой ¿¡.К. и другие: по глубокому .изучению вопросов оптимальных параметров рехуцеп части и режимов резшшя. Что ко касается ^асонного фрезерования и изучения вопросов несвободного резакия, то работ в этой области крайне ограничено. Хотя по ко следованна уасонкого фрезерования достигнута определенные результаты, благодаря работам Костикова Л.Х,, Боброва В.д., Грановского Г.Л. и других, а такхе инострш:-них исследователей .¡ш, Лука, однако, эти исследования носили частный характер, когда в работе участвует одна р^уущая кромка, а друга.-! осуществляет вспомогательное резание.

Работы, проведенные на кафедре "Леталлорежу^ше станки и инструменты" Волгоградского политехнического института иод руководством нроф.Шдводицкова С.Н. но объяснении причин и характера износа зуборезного и цилиндрического инструмента позволили сделать гашу высокопроизводительного инструмента. Однако традиционные подхода к объяснении причин износа сло>.;норе™у;дего инструмон та на учитывали ряд важных иакторов таких как проскальзывание, а зависимости определения степени дефг-ыации срезаемых слоев носили частный характер применительно к зуборезному инструменту.

Таким образом, на сегодняшний день отсутствуют теоретические основы особенностей характера износа и процесса стружкообра-зования при несвободном резании, "'огда в резании участвуют две и более режущих кромок, которые выполняют основное резание, в общем случае положения ренуцнх кромок в пространстве.

Изложенное определяет актуальность работы, в основу которой положены результаты теоретических и экспериментальных работ, выполненных автором в 1971-1992 г.г. в соответствии с репением Госплана СССР (протокол Л 34 от 27.11.86) комплексными научно-¿•ехигчбеюащ. програша-ш ¡.¡иниетерства сельскохозяйственного шв-•:ос?рсошщ (ИН5-б/?4; Ш&-5/75; ИНЗ-8/75, №15-33/01-77, 1Ш5-■.•1/77),;<&нпстеригва химического машиностроения и программой ускорения научно-технического прогресса Волгоградской области на а?66-Х990 годы.

Поль работы. Повышение эффективности фасонного фрезерования деталей сложной формы на базе комплексных теоретических и экспериментальных исследований физического механизма процесса и его' технологических показателей.

Стремление реализовать указанный подход для достижения целей настоящей работы обусловило необходимости решения комплекса взаимосвязанных задач,в числе которых:

1) разработать и обосновать общие и частные методики исследования напряженности процесса с учетом интерференции потоков срезаемых слоев от нескольких режущих кромок, образующих характерный вид струкек;

2) изучить влияние морфологических особенностей процесса стружкообразования на топографию ьзноса режущих граней сложного фасонного инструмента;

3) на основе предлокенной методики моделирования процесса ' выявить роль проскальзывания лезвия в формировании показателей качества поверхностного слоя и износа;

4) выявить комплекс физических и технологических факторов, определяющих износостойкость и работоспособность сложного фасонного инструмента;

5) разработать и обосновать новые перспективные конструкции сложного фасонного гн'трукента, использовать результаты теоретических и экспериментальных исследований для разработки научно-обоснованных рекоменда'1яй и внедрения высокопроизводительных технологических процессов, оборудования и инструментов.

Научная новизна работы.

Установлены общие закономерности процесс? стружкообразования при фасонном фрезеровании, что создает научную основу для нового подхода к проектированию фасонных фрез повышенной производительности и стойкости.

На базе выявленных закономерностей разработаны теоретические основы фасонного фрезерования, включающие совокупность взаимосвязанных моделей, адекватно отранаювых особенности интерференции потоков струкек от различных режущих кромок.

Вскрлы и научно обоснованы физико-технологические особенности влияния параметров срезаемого слоя на процесс проскальзывания режущих кромок в условиях несвободного резания.

Показано, что указанные особенности играют решающую роль в ффмировании выходных параметров процесса: производительности обработки, стойкости редущего инструмента и качества поверхностного слоя.

Разработана ноучно-обосиоэашше рекомендации по создан;; высокопроизводительного фасонного инструмента, работающего в ; ловиях несвободного резания, ка основе применения схем резани, обеспечивающих свободное резание.

Практическая ценность и реализация результатов работы

На основании выполненных теоретических и эксперименталь исследовании решена важная научно-техническая проблема повыпе эффективности процесса фасонного фрезерования путем создания внедрения в производство высокопроизводительных фасонных инст кантов. Б результате этого получено повышение производительно на 30-40 % и выше, увеличение износостойкости инструмента в 2 раза.

По заданию Шнсельхогмаш разработаны Доводящие техн кие материалы на проектирование и технолога» изготовления зуб и шлпцеобрабагыващего инструмента (РТИ 23.5.32-72 - 23.5.3-1-РТЫ 23.5.41-75 - 23.5.52-75) и отраслевые стандарты (ОСТ 23.5 79-23.'5.1230-79) на зуборезные фрезы.

Прггрессивные технологические процессы фасонной обработ • зубообработкп внедрены на ряде крупнеющих машиностроительных дах страны таких как: ВГТ„, Волгоградский завод "Баррикады", Киевский завод "Большевик',' Г.1АЗ и др. с обоим годовым экономи ким эффектом в 592 тыс.рублей Св ценах 1989 года).

Апробация работы, ¡.¡атериалы исследовании докладывались и суядались на Всесоюзных конференциях в г.Киеве, 1976 г.; г.дд 1980 г.; г.Ленинграде, 1986 г.; на научно-технических конфере в г.л&аяове, 1975 г.; г.днепродзеркинске, 1989,1990 г.г., а та на конференциях, семинарах и объединенных заседаниях кафедр .1 Волгограде в 1972^-1991 годах и в г.Самаре, г.Луганске, г.Днег Дзержинске в 1991 года'.

Публтткатт. Основное содержание диссертации отракено в Е учных трудах и в 4 описаниях изобретен;!;:» ка которые получень локительные решения.

Структура и объем таботн. Работа состоит из введения, де глав, заключения, списка литературы и 5 приложений, содерг/лгг: шение отдельных задач, документы о внедрении результатов исс; ваггий в производство. Работа оодераиг 271 страниц ыалшнопзс

текста, '¿ЕО рисунков, 179 кашленовашгй литературы, 31 таблицу я прилойанли на l'Z страницах.

Основное содержание диссертации.

Во введена: обосновывается актуальность задачи повышения аффективное тп псоцэссо.п гасскного урезерования на основе оптга.шза-щш процессов за счет создания и пркиенеиия ъысоксцроизБОДМе.'х-ного фасонного инструмента с нопы.мк схемами резшшя.

ä нзрво:: г;:авз приводит он анализ современного состояния вопроса по процессу струхкообр^зокакия при несвободном резании, оп-тимизэдии фасонного фрезерования, создания высокопроизводительных фасонных инструментов, износостойкости инструмента и качества обработанной поверхности. Рассматривается вопрос о аизическо;; природе износа инструмента при несвободном резании и ставится задача о необходимости разработ;-:!*. теоретических основ создания новых высокопроизводительных инструментов, обеспечивающих свободное резание, дается анализ известных средств повышения эффективности нарезания зубчатых колес.

Если процессы фасонного фрезерования, благодаря исследозаюивл Розенберга А.;.1., Костюкова Л.Х., Исаева А.И., /Лосталыгина Р.Г., Иодъеэдпяовой ¿.К., Леснып J.H., Коганова И.А., Лосева С.А., Цуцкого В.Т., уилонзнко B.C., Ашлуд-Заде Т.А., Киселева A.C.,£>.:<:— ' лезского ¿.И. и многих других ученых изучены в достаточной степени полно в вопросах оптимальных геометрических параметров рекущой части шрез и режимов резания, то процессы сгруякообразоваяия пр: несвободном изучены гораздо меньше. Хотя л в этой области были достигнуты определеннее результаты благодаря исследованиям Уорева H.H., Лоладзе Т.Н., Боброва ¿.д., Резникова H.H., Грановского Г.И., Глебова С.У., Куфарова Г.Л., ^едведвдкова Ü.H., а также иностранных ученых ыерчанга M.Ü., Ли З.Н., Лука В.К., Армарето И.Дж.А. и других. Однако вопросы изучения процесса стружкообразования этими исследователями носили частный характер, когда в работе участвует одаа главная режущая кро;.1ка, а другая осущесивляет вспомогатель ное резание. Поэтому на сегодняшний день отсутствуют теоретические эсновы особенностей характера износа и процесса стружкообразовазия 4M несвободном резании, когда в резании участвуют два я более режущих кромки, которые выполняют основное резание, в общем случае гри Jj" jCQ a 0 ; отсутствуют научно-обоснованные универсальные зависимости по определению интенсивности процесса струя-гаобразования, объяснение причин интенсивного износа фасонного шструменга..

Анализируя известные средства попадая эффективности нароза-

зубчатых колос, как одного из наиболее распространенных катодов фасонного фрезерования, монно отметить, что благодаря работав мм шина jU.Í. , Ечозеодзва Г.Г., Рыкова Э.З., Ншнаюаа A.Ü., йедведкцкоаа С.К., Цвпса Ю.В., Коганова И.А. и других создана цолзл зуборезных фрзз, которые обеспечивает пс-внпоннум

стойкость инструмента. Вое эти работы в основном направлена на создание инструмента, работающего в ус локтях, приближенных к сво-' 6oAi;oi.íy резанию. Поэтому представляет интерес более гдуооко изучить процзсс струхкообразовакил н закономерности износа при несвободном резалки и создать предпосылки для разработки иоыас конструкций фасонного инструмента, работающего ирг: лучапх условиях струккообразования.

Учитывая гашеазлоквнйое, были сфорцулнрозаны следуюаще задачи исследования:

1) провести исследования особенностей деформации слоев, срезаемых двумя или тремя сопряаеннаыи ро«упими кромками инструмента по сравнению со свободным резанием в общем случае, когда и^О ;

2) объяснить на этой основе характер и причины возникновения локального износа задних граней зубьев дисковых фасонных и двууг-ловых $рез;

3) обосновать и разработать новые конструкции фасонных инструментов с оптимальными схемами резания, что повзолит значительно повысить стойкость и производительность фасонного фрезерования;

4) провести с целью расширения области применения фасонных фрез с оптимальными схемами резания всесторонние сравнительные столкостные п динамические исследования обычных двуугловых.фрез с оптимальными схемами резания;

5) определить оптимальные параметры коррекции зубьев двуугло-г::х н фасонных фрез для обработки стружечных канавок различных видов инструментов с оптимальными схемами резания, необходимых яри их проектировании;

6) разработать технологические особенности высокопроизводительного изготовления фасонных фрез с оптимальными схемами резания;

7) с целью определения оптимальных параметров коррекции зубьев двуугловых фрез с оптимальными схемами резания, сил резания и мощности при фрезеровании определить геометрию срезаемого слоя ' двуугловыыи фрезами;

8) оптимизировать процесс шрез.ерования двуугловагш фрезами путем выдачи необходимых рекомендации по геометрическим параметрам и ренинам резания; с

3) экспериментально проверить II внедрить в производство подо-гителькые результаты исследований.

Зо второй глазе приводятся результаты исследования процесса стружкообразования при одновременном резании сменными кромками инструмента.

Примем, что процесс перехода нодефориарованного материала в струнку происходит в результате сдвига тонких слоев параллельно плоскости сдвига, наклоненной к направлению движения резца под углом сдвига ^ . Сдвиг происходит под углом к реаущей кромке. 4тобы судить о величине сдвига, необходимо определить её составлявдад: продольную, направленную вдоль резущего лезвия и поперечную, перпендикулярную нем-'.

Продольная составляющая деформации сдвста зависит от углов сбега струкек, а чтобы определись поперечную составляющую деформацию сдвига необходимо знать угол сдвига ^ .

Рассмотри.! кгртиь,.' расположения плоскостей сдвига, когда основное резание осуществляет дзе рекущие кромки В]) и ВГ\ . Резец работает с радиальной додачей (рис.1).

Кавтина расположения плоскостей сдвига

э

Со сторож передней грани резца на срезаемый ело;! действуют две силы: сила нормального давления N и сила трокил строки о переднюю грань |\!« . Пусть эти сияй' приложены в точке 0-1 линии Ш .параллельной движению струнки па передней поверхности.

Проведя соответствующие построения к необходимые преобразования, получим величину касательных напряжений от силы Т в плоскости сдвига к| .

^ + аш Рг

Для определения положения плоскостей, в которых касательные напряжения достигают максимума возьмем первую производную и приравняем её к нулю.

После необходимых подставок и преобразований подучим систему трех транцендентных уравнений

Sin CcS | & г ~ ;?2п) ^ stn vft

' «S - Si"

Sin 1 i Z

5.1П Ы

sin ь

C¿)

j VIKiun Svn fi) ^njivitn^-^+c&if-'CaiXfir^.

• sinq>t 4 sin bz-%in -fi^Wn M n

где В к B2 - утлы сдвига, определяющие положение плоскостей * сдвига;

- передний угол в плоскости схода струкки; • и - соответственно передний угол левой и правой ре" куцих кромок;

и jjtn _ соответственно передний угол, измеренный нормально к левой и правой рекуида кромкам; (JJ/j и ^ - угол мегду направлением сбега струкки левой и правой редущими кромками;

О-ч и . - толщина к ширина слоя,' срезаемого левой режущей кромкой;......... _

а г. и Ь2 - толщина и скрика слоя, срезаемого правой реку-

'щей кромкой». ' :"'

Углы £уп , Г2п »Го ' " Хг®^311"1 чеРэз известные у?ли[. ' Цч , , ф} л . йооы рэшиь систему из трех уравнекй5 2.3.4), необходимо аналитически определить^ углы сбега стружа ри несвободном рсзгишч.

Схема обрабоют фасонный резцом треугольного . профиля

В

Рис.2

Рассмотри,! взаимодействие сил при обработке фасонным рез-зм треугольного профиля* Двикущиеся по передней грани стручки зпыт.чвают не только давление со стороны передней грани, ко и закмное давле&че то торца.1.; с силой Ы^ , В результате вдоль гаущжс кромок по плоскостям сдвига происходят дополнительные . 1БПГИ от сил Т^ и Т2 , которые мопно выразить через N^ и :лы сбега ^ п ifj , ао другой стороны через напряжения ;вига г площади срезаемого слоя. Выразив Т через относитель-,'й сдвиг и проведя преобразования, получим уравнение в виде:

сЛа,- C-VY _ ЬгЬг- ciá"4-' sin^-sin sin

после соответствующих преобразований ,С,62

llljjLz^hl

•tq Ц ■ ctgc^ t9 ^•dg0-6^'*^-^

^Ort + fí-vO - (5)

I „ \

где ^ к - утла мекду r-isymirai кромками ы направленно под-гчл.

Такта c5paso-i созмоогксз роиенле уравнений (2,3,4,5) на ЭБ.Ч дает возможность определить 211а"тем углов сдвига, а со ветственно усадки струккл, и значения относительного сдвига при этом срЬдкии коздоосхент грешш для различных ыатерзало регся из зависимости, предложенной Олликнм С.С.. Зная угли сдвига, мо^шо аналитически определить силы, дейотвущиз в п дессе несвободного резания.

¡¿атзматическке зависимости по определению усадки струяк дз^орлацлй идиша к сил, действующа: в процессе несвободное резания реализуется с помощью прог])амм, разработанных на Эй Выведенные уравнения (2,У,4,5) представлены.в неявном виде, не дает возможности судить о влиянии различных фактороз на j тенсквность деформации срезаемых слоев, при несвободном резш поэтому был:» проведены исследования по вылвлешт влияния ра; личных ьакюров (переднего угла и угла наклона ре:?у4пх кром главныл углов з плане, угла трэння, глубины резания и подач; на усадку струнки, углы сбега и силы, действующие в процесс* несвободного резания и выведены частные зависимости, которы! т'акзе представлены гра,[лческа.

Пользуясь методикой опрьделешш усадки струнки, де-^ор;ла1 сдвига для двухкромочпого инструмента, аналитические завлек;, ти были разработаны для определения интенсивности деформалл; срезаемых слоев при работе тре.скромсчяого инструмента, кото] позволяй? исследовать процесс любого фасонного инструмента.

Рассмлтривая и аналлз;;руя зависимости, могло найти путл епта-дзздш процесса несвободного резания за счех прхленеюу тгмалькьх геометргческш аремзтров инструмента и регдмав рс ния, а особеако за счет ;,._;ени носвободеого резанля свободт Таким образом, необходимо создать такси фасонный iiHoipyi который имел бы не только оптимальные геометрические n^paj.ioi но и работал бы в процессе свободного резания.

Б трстьзй главе приведены результаты экспериментального следования влияния геометрических параметров инструмента на тенсивкссть деформации срезаемых слоев при работе двумя реку ).ш кромками л исследования стесненности процесса на силы рег нияг когда в резании участвует различное число реауцлх креме Исследование спл резанля проводилось при различных подач глубинах резания и геометрических параметрах инструмента.

Введенный показатель степени стесненности процесса резания при •• резании несколькими кромками показывает отношение сил резания при несвободном и свободном резании

п -

Псд- iqr (6)

Если в резании участвует несколько прямолинейных пересекающих ревущих кромок, одна или несколько кромок, имеющих криволинейную форму, то соседние слои стружки, отделяясь от поверхности регалия в направлениях, перпендикулярных к режущим хромкам, мешают друг цругу, затрудняя сход стручки и увеличивая степень деформации срезаемого слоя и главную составляющую силы резания. В зависимости эт формы режушей кромки или нескольких режущих кромок инструмента и их взаимного расположения Пел больше единицы.

Коэффициент сложности процесса формирования стружки сильно"за-зисит от механических свойств обрабатываемого материала, степень :тесненности, то есть глубины резания и угла профиля инструмента, >еаимсв резания.

Коэффициент сложности формирования стружки в известной мере :оррелизуется с механическими свойствами материала обрабатываемой ;етали.

Коэффициент П са меньше для тех материалов, для которых мень-е коэффициент усадки стружки. Имея возможность рассчитать ксэф-ициенты усадки стружки при различных условиях несвободного реза-ая по зависимостям, приведенным з главе 2,3, можно по коэфшпщьа-зм усадки стружки судить о стесненности процесса резания и иахо-1ть пути снижения коэффициента стесненности, то есть улучшения :ловий стружкообразозания и, в конечном счете, повышения стойкос-i инструмента и производительности при резании инструментами, ра-нащиш несколькими реауетми кромками.

Проведенные экспериментальные исследования по определению ко-;фициентов усадки стружки и углов сбега при различных параметрах' тазали хорощую сходимость этих исследований с теоретическими .висимостями.

В четвертой глазе приведены результаты исследования геометрии оцесса резания при фрезеровании канавок двуугловыш фрезами.

Для определения средней величины срединных значений толщины OR при обработке паза двуугловой грезой на иаделии с цилиндра-ввей поверхностью, что имеет место при обработке стружечных ка-30й различных инструментов,запишем:

Гх/ /М - .

{] г а-^в^-ъ)

(7)

Вопрос иолучекия рабочей форели в этом случае обработки упирае с.1 в сломюсть с раскрытием интеграла обычным путем. 3 связи с этим возникает необходимость среднюю срединную толщину среза он делить графоаналитическим путем, для этого нушо принять додуще ыле, что рассматриваемая фреза состоит как бы из многих.цилиндр ческих фрез. Рассматривая кадцую из этих фрез как цилиндричзску могаю найти для нах срединные значения площади среза. Если сумы ровать найденные для всех срез срединные значения площади среза затем результаты разделить на ширину среза в начальный период е образования, получи;.! среднюю величину срединных значении толщин слоя, срезаемого зубом.

Выведены зависимости для определения текущего, среднего эна ния площади среза, разработан вопрос определения угла контакта при образовании канавки двуугловок грезой на изделии с плоской : с цилиндрической обрабатываемой поверхностью.

Подученные аналитические значения толщины срезаемого слоя н •обходимы для определения величин коррекции зубьев фрез при разр. ботке фрез с новыми схемами резания.

3 пятой главе рассматривается физическая природа особенном! процесса струккообразования и износа инструмента при несвободно) резании.

Насмотря на широкое применение двуугловых» фасонных и зуборе: фрез производительность их весьма низкая. Объясняется это тем, ' фрезк, изготавляемые в основном из быстрорежущей стали, работаю', с малыми подачами (до 0,1 ш/об) и с низкими скоростями резания (30-40 к Даш).

Проведя глубокий анализ работ, выполненных на кафедре "Ыета. лорехущие станки и инструменты" по изучению характера износа зу< и плицефрезерного, а также различного фасонного инструмента удалось установить, что износ фрезерного инструмента идет более интенсивно на режущих кромках и участках режущих кромок, которые ( зают более тонкие слои. Для зуборезного инструмента это выходные реяущие кромки.

Рассмотри;.! процесс стружкообразования при работе фасонного. инструмента на примере двуугловой фрезы.

Известно, что в условиях непрерывного резания с постоянной

толщиной срезаемого слоя с увеличением толщины слоя изкоо задних граней у всех рояущих инструментов растет. Поэтому» следовало бы" ошадать повышенный износ тех режущих кромок зубьев фрез, которые срезают более толстые слои. Но этого не происходит. Наоборот,, сильнее.изнашиваются грани лезвий, которые срезают самые тонкие слои, причем износ носит локальный характер. Он идет в основном по задним и передним граням небольших участков лезвий, прилегающих к уголкам, а не по всей длине.

Интенсивность износа задних граней уголков в значительной степени зависит от деформации материала струзек в пограничных слоях и пути сколькения без резания, который зависит от толщины срезаешй слоев.

^ем зе объяснить такой характер износа двуугловых' фрез? 37б фразы работает тремя кромками: двумя боковыми и вершиной, очерченный по радиусу, йсли бы зуб раоотал только одной кромкой, например, участком РВ , то струака сходила бы нормально к лезвию, срг аемый слой испытывал бы сдвиг в направлении, нормальном к . причем деформация сдвига была бы минимальной. При одновременной работе нескольких кромок переход недефорлированного материала в стружку происходит двумя путями: иди в результате сдвига, ила в результате совместных деформаций сдвига и смятия. Соответственно . этим видам деформации образуется и два типа струаек: стружка монолитная (рис.3,а) и струака с разрывом по смехным торцам (рис,3,6)« При образовании монолитной стружка сдвиг идет как нормально к -лезвию, так и вдоль его. Интенсивность деформации в значительной степени зависит от угла сбега струака (угла меаду режущей кромкой и направлением схода струнки). Меньше угол - больше сдвиг. Предположим, что боковые кромки с радиусом фрезы имеют одинаковые |пглы, то есть ^ - 2_ и стружка сходит по радиусу. 3 этом случае меньшую деформацию будет иметь слой, срезаемый тонкой верашн-зой кромкой. По мере удаления от этой точки вправо г влево угла-■ :бега и 1|/г стружек будут уменьшаться а усадка возрастает. &сокая степень деформации срезаемых слоев боковыюг кромками зубьев зрези является одной из основных причин повышенного изнсса их граней. Это^г способствует а меньшее значение задних углов боковых гезвий.

У двуугловых симметричных фрез износ по задним граням боковых [ромок одинаковый. У несимметричных фрез он разный. Износ протекает более интенсивно по задней грани той режущей кромки, где толци-1а срезаемого слоя Судет меньше, больше будет щширгхтор.с^омже-

нк>£ зуоа без рззанпя, угол сбега стружки будет меньше.

Схема схода стружки при резаиаи тремя кромками

а) монолвЕная струйка; б) стружка с разрывом по торцам Рис.3

Увеличение угла профиля зуба фрезы всегда благоприятно сказывается и на снижении деформации среза и на увеличении стойкости фрезы. Пусть, например, режущая кромка ОЕ (рис.3,а) будет клеть больший угол с радиусом фрезы. В этом случае, в связи с разными сечениями слоев, срезаемыми боковыми кромками будет и разное время нахождения зуба в процессе скольжения без резания и разные значения углов ^ и , стружка не будет сходить по нормали к вершине, а отклоняется от норлали в сторсну лезвия. С-1) . Увеличивается не только угол сбега г стружки, срезаемой лезвием СЕ , но и угол сбега Ц!., , стружки от лезвия АЬ , хотя и в меньшей степени ( > ). Увеличение углов сбега стружек сникает их деформацию и износ задних граней.

Но монолитные стружки образуются не всегда. Вместо монолитной образуется стружка с разрывом по смежным торцам (рис.3,а). 3 этом случае направление сбега боковых и вершинной стружек пересекаются (рыс.3,6) и слои шринойВ^ и Св боковых. стружек не имеют ' площади сбега и полностью сминаются. Подвергаются сдатию, хотя и

в меньшей мэре ,торцы вершинной струнки, Если посмотреть на изно- .. шенный зуб фрезы, то увидал, что износ протекает в основном по садким граням уголгсов и бокозых режущих кромок. Очевидно износ будет идти тем быстрее, чем больше участки и С в подвергаются смятию.

Известно, что при фрезеровании тлеет место процесс, когда толщина срезаемого слоя зубом фрезы является величиной непостоянной, и изменяется в зависимости от способа фрезерования от нуля до мак-сн'.;ума и от максимума до нуля. При фрезеровании "против подачи" зуб фрезы ввиду существования определенного радиуса округления рехущей кромки и малой толщины срезаемого слоя презде чем врезаться в обрабатываемый материал будет скользить по обрабатываемой поверхности, деформируя её.

Б резудьт^е сколькенкя зуба происходит интенсивное трение задней поверхности зуба фреги до обработанной поверхности, возрастают нормальные и касательные напряжения, температура, работа tj яия по задним граням, что значительно влияот на процесс износа инструмента.

Этим монно объяснить,что износ задних граней зубьев фрез.сре-заэдих тонкие слои происходит более интенсивно,чем регущих кромок, срезаюэдх толстые стручки,хотя у всех реяудих инструментов,кото- . pue работают с постоянной величиной срезаемого слоя, то есть отсутствует процесс скользкая без резания, наблюдается обратное явление.

Таким образом, чтобы объяснить характер интенсивного износа реауопс кромок,срезающих тонкие слои металла при несвободном резании были исследованы поверхностные слои в процессе зубсфрезеро-вания. Исследовалась микротвердост;. поверхностных слоев зубьез колес m =• Л мм , о числом зубьев 31 из стали 40Ï, нарезанных при скорости 33 м/мин, при- этом подача ка оборот заготовки изменялась в диапазоне от 1,0 мм до 5,0 мм.

Результаты измерений микротвердости показали, что на выходной стороне зуба ыикротвердость больше, чем на зходиой и вершине, то.есть поверхностный слой подвергается деформационному упрочнению в условиях несвободного резания различно и зависит от толцанн срезаемого слоя. Так зуб червячной крезы срезает взршнной кромкой самую толстую струзку, входной резущей .кромкой самую тонкую. В результате путь сколькения без резания указанных релуцих кромок бу-

дот различен, чем больше время окельхешш, тем в большейй степени будет подвержен поверхностный слой деформационному упрочнению, тем интенсивнее будет идти износ.

Так как путь сколькения без резаит в процессе врезания зуба в металл различен и зависит от тоедины срезаемого слоя, были проведены исследования по определению времени сколькения зуба в зависимости от глубины и подачи, то есть в конечном, счете от толщины срезаемого слоя (рис. 4). . •

Зависимость времени скольжения от $ и "Ь . .

Рис. 4 .

Эти исследования проводились с помощью регистрации сил резания в процессе изменения толщины срезаемого слоя и при резании без скольжения. Измерение сил проводилось с помощью универсального динамометра УДм-Ю, а запись сил осцилографом Н-117. Ка осцилограше Фиксировался момент начала резания без сколъкения, то есть определялся путь или время скольжения без резания.

Для исследования поверхностного слоя при сколькении без резания и при резании в зависимости от толщины срезаемого слоя были проведены следующие эксперименты. Толщина срезаемого слоя изменялась от 0 до 0,25 ым. Вырезались образцы, из которых таготавдива-

лись микрошлифы, фотографировались при ДЕести пятндеслтикратдом . увеличения, замерялся де<рораровашшй слой. Результат;; экспериментальных исследований представлены графически (рис. 5).

Зависимость Ьсрот толщины«срезаемого слоя

153

100

О 0,иК 0,05 0,10 0,15 020 ОДБ йг|ММ

Рис. 5

Пользуясь методикой Б.А.Кравченко были теоретически рассчитаны глубины деформационного упрочнения при различных толцинах •' срезаемого слоя для тох ке условий, что и при проведем! эксперимента. Расчеты показали хороиуа сходимость (5-10$).

Анализ экспериментальных данных показал, что при малых толщинах срезаемого слоя наблвдаетсл скольяение зуба без резания, что приводит к деформации поверхности резания и интенсивному износу ренуцего инструмента. С увеличением толщины срезаемого слоя возра-. стают пропорциоаально силы, действущке на реауцле лезвия, возрастает сила трения и, как следствие, толиина деформированного слоя. Этот процесс для нашего случая наблюдается до пи .Затем

пропорциональность возрастания величины деформированного слоя на-'рушается, так как режущее лезвие из зоны сксльъе.чия без резания переходит я зону резания, в результате уменьшается сила трения,де-форлационньэ процессы скольжения уменьшаются, голодна дэзормациои-ного слоя хотя и растет с увеличением толщины срезаемого слоя за счет увеличения сил, но значительно медленнее, чем при малых толли-*

нах срезаемого слоя. Все это подтверждает выдвинутое предложение, что при малых толщинах срезаемого слоя наолюдается процесс скольжения режущего лезвия без резания по обработанной поверхности, происходит её деформация и чем меньше подача, следовательно толщина срезаемого слоя, тем более длителен процесс скольжения, тем интенсивнее идет износ режущего лезвия.

Зтим можно объяснить интенсивный износ выходных режущих кромок зуборезного инструмента, • .

Тагам образом, можно сказать, что одним из важных факторов, влияющих на интенсивность износа фрезерного инструмента, работающего с переменной толщиной срезаемого слоя, является наличие скольжения до момента врезания лезвия в металл, причем это влияние будет кал больше, чем меньше подача и глубина рззания, следовательно, чем с пзньшей интенсивностью нарастает толщина срезаемого слоя. Увеличение толщин срезаемых слоев различных участков режущего лезвия инструмента можно достигнуть за счет перераспределения работы этих участков, то есть за счет создания схем резания, обеспечивающих свободное резание с увеличенными толщинами срезаемых слоев, что приведет к уменьшению пути скольжения, без резания создав более благоприятные условия резания.

В шестой главе приведены экспериментальные стойкостные исследования дзуугловых фрез с попеременно нагруженными боковыми сторонами.

Из всех видов фасонных еррез особенно широко применяются в металлообрабатывающей промышленности угловые фрезы. Угловые фрезы находят широкое применение в инструментальном производстве для фрезерования стружечных каназок различных инструментов.

Для того, чтобы уменьшить износ и силы резания, уменьшить время нахождения зуба в процессе скольжения без резания необходимо снизить деформацию сдвига, уменьшить или исключить деформацию смятия стружек. Это может быть выполнено следующим образом:

I) за счет увеличения толщины срезаемого слоя вершиной. Дисковые фрезы с вершинонагруаенной схемой резания отличаются от обычных тем, что зубья с нечетными номерами занижены, режут только боковыми сторонам, зубья же с четными номерами тлеют профиль зуба обычной фрезы, режут как боковыми сторонами, так и вершиной, прочем вершины срезают слои удвоенной толщины. В этом случае уменьшается время скольжения зуба без резания, а кроме того, деформацию боковых стружек можно снизить за счет уменьшения деформации

вершинной струнки. Это мокко осуществить, если увеличить толщину слоя,срезаемого вершинным лезвием,

2) за счет перераспределения нагрузок на боковых сторонах зубьев. Дисковые фрезы с попеременно нагруженными сторонами,которые отличаются от обычных тем, что зубья с нечетными номерами заукены с правой стороны, рекут вершинными и левыш боковыми сторонами , зубья не с четными номерах! замены с левой стороны и ре^ут вершинными и правыми сторонами, причем боковые стороны срезают слой удвоенной толщины. Следовательно, уменьшается время нахождения зуба в процессе скольнекия. При таком перераспределении нагрузки между кромкам«! образуется только монолитная стружка, сг.'л-тие отсутствует,уменьшается деформация сдвига,

3) за счет перераспределения нагрузки мезду зубьями (¿.резы. дисковые фрезы с прогрессивной схемой резания, которые отличаются от обычных тем,что зубья с нечетными номерами заужены и завышены, рекут только вершинами, зубья с четными номерами .имевшие профили зуба обычной '¿уреьы рекут боковые сторонами. Реяуциз кро.\ин прогрессивных фрез срезавт слои удвоенной толщины, При этом уменьшав ется время нахождения зуба в процессе скольжения. При такой схеме образуется только монолитная струкка, резание близко к свободному, смятие отсутствует, а деформация сдвига имеет наименьшую величину. Прогрессивная схема обеспечивает самые лучшие условия струккооб-разования,поэтому предпочтительнее принять эту схему для угловых фрез. Но угловые фрезы имеют малый радиус при вершине и у заученных зубьев прогрессивных фрез образуются настолько остные вершины, что они выкрашиваются. Как правило, фасонные фрезы являются инструментом для чистовой-обработки, а при работе прогрессивными фрезами образуется ступенька на дне фрезеруемого паза. Кроме того,четные и нечетные зубья прогрессивных фрез имеют разные радиусы сопряжения боковых и вершинных кромок, что осложняет их изготовление.

Предварительные исследования показали,что стойкость прогрессивных фреч незначительно выше стойкости фрез с попеременно нагруженными боковыми сторонами, поэтому для дальнейших исследований принята схема с попеременно нагруженными боковыми сторонами.

^то ке касается вершинонагруненных фрэз, то их стойкость мало отличается от стойкости обычных,поэтому практического интереса эта схема резания для дисковых фрез не представляет.

Однако при эксплуатации фрез с поперемзнно нагруженными боковыми сторонами возникает ряд вопросов.

Бо-первих, стойкость фрез зависит от величины коррекции их зубьев. Теоретически величина коррекции должна быть равна максимальной тоацине слоя,срсзаемого боковыми кромками. Но с учетом износа фрез, биения, величина' коррекции должна быть несколько ■ Оольсю.- 4

Во-вторых, величина коррекции зависит ст'подачи. Спрашивается, мокно ял фрезой одного индекса работать с разными иодапш.га?

¿-третьих,какова эффективность фрез с новой схемой резания . относительно обычшхх. Будут ли они одинаково эффективно работать при разных условиях или их выгодно применять при одних и нецелесообразно при других условиях?

для выяснения этих вопросов были проведены соответствуйте эксперименты на двуугловых урезах с обычной к новой схемой резания.

Проведены исследования по изучению "влияния коррекции зубьев на износ и определена коррекция фрез с попеременно нагруженными боко-выш сторонами.

С цель» выявления эффективности фрез с попеременно нагруженными боковым! сторонами и определения границ их рационального применения были проведены широкие стойкостные исследования фрез с новой'и обычной схемами резшшл.

. При проведении зкепержлентов углы профиля «¿менялись в предела?: от 30° до 150° через 10°, подача от 0,052 мм/зуб до 0,206ыи/зуб, глубина резания от 4 до II мм, скорость резания от 38 до 75 и/каш, радиус закругления при вершпне зубьев шрезы от .0,5 до 2 мм, число зубьеь от 2 до 16. Задний угол <Х{, = 10 * , нередкий угол • £ «0 * • «реэы изготовлены из быстрорежущей стали P6i.i5. Исследование проводилось на горизонтально фрезерном станке мод. 6U8I при встречном фрезеровании. В качестве охлаздащей жидкости применялась 5 % эмульсия. ' .

Кромз того, исследовалось влияние времени работы фрез на износ при фрезеровании пазов в заготовках из сталей марок 20Х, 45 и ¿.'UIQI3A.

3 результате обработки экспериментальных данных были пояуче-Пг следущие зависимости скорости резания от различных факторов при работе фрез с новой и обычной схемами резания.

V0 0,03 0 0,(6 0,20 к

У-Мо Y< • Y • г ■ Кму М

' ~ ''»0 -р 0,16 -J. 0,35. ' МИН

для фрез с обычной схемой рэзанкч

г о,» ^ м »/ _ га с ' • 1ч м*___ _ м

Т°,гА. £ ^ 9.аь ' "ИН

для «¿рез с иоперекеино натруженными боковыми сторонами.

Анализ сю:'костных исследований позволяет сделать следующгэ выводы:

I) стойкость фрез с попеременно нагруженными боковыми сторонами в 2 + 4 раза ¿зыиэ стойкости обычных фрез;

2} оптимальная величина коррекции 0,15 + 0,20 мм;

3) с увеличением подачи и глубины резания эффективность фрез с новой схемой резания возрастает;

4) определена граница применения фрез с попеременно нагг^знкы-ми боковыми сторонам;;. Т&лйе фрезы рекомендуется пршенятьцри фрезеровании канавок с углом профиля до причел! чем мэньшэ угол, тем больше эффект от применения фрез с новой схемой резания;

5) с увеличением радиуса при вершине эффективность фрез с новой схемой резания снижается;.

6) скорость резания, число зубьев, обрабатываемый материал прак тически не оказызает влияния на эффективность шрез с новой схемой резания.

Проведенные исследования подтверждают сделанные предыолокения физической породы особенностей процесса струккообразонакия а износа инструмента при несвободно;* резании, изложенные з главе 5.

Более интенсивный износ при фрезеровании двуугловш.м фрезами наблюдается на режущих кромках, которые сревают более тонкие струйки, Большой износ редушх кромок по задним поверхностям, срезьшда. тонкую стружку происходит потсму» чю чем тоньше стружка, тем больнее влияние на износ оказывает 'фактор скольжения без резания.

Анализ процесса стр;лиообразоааадя при одновременной работе всех ревущих кромок зуба дпекгюл двууглозок урезы позволил обосновать схему резания, которая обеспечивает процесс деформации срезае-ш слоев и увеличивает стойкость инструмента. Твкой схемой является схема с попеременно натруженными боковыми сторонами.

В седьмой глазе приведены результаты иссладолакия сил резания при работе двуугловыш фрезами с попеременно нагруяекными боковыми сторонами и точность зубчатых колес, нарезанных червячными фрезами с навыка схемами резания.

Результаты проведенных ctoükoctkhx исследований иоказызают, что фрезы с попеременно нагруженными боковыми сторонами имеют стойкость .значительно выше стойкости обычных фрез. Но нельзя считать основным условием целесообразности применения фраз с той или иной схемой резания только повышенную стойкость или скорость резания. Нужно ¿читывать совокупность факторов, влияющих на производительность.

Известно, что машшное время и производительность при урезеро-ванил зависят как от скорости, так и подачи. Но выоор подачи ограничивается требуемой чистотой обработанной поверхности и кесткостью системы станок-пркспособление-инструмент-деталь. Изменение схемы резания влечэт за собой изменение интенсивности де^орлации срезаемого слоя и силы резания. Естественно возникает вопрос, каковы будут силы, точность обработки?

При работе стандартной червячной фрезой, зубья,участвущие в резании находятся в зоне контакта с заготовкой, срезают стружку тре-mz режущими кромками, двумя и даке одной, то есть находятся в процессе несвободного и свободного резания. В результате колебание сил будет диагонально меэду зубьями, что отрицательно скажется на точности изготовления зубчатых колес.

•При работе фрез с новыми схемами резания обеспечиваются лучшие условия струхкообразования да. всех зубьев одинаковое, то есть практически свободное, поэтому колебание силы резания меньше, чем при фрезеровании стандартными фрезами, что дсукно благоприятно сказаться на точности зубчатых колес и профиля.

При зубофрезеровании под действием переменной силы за оборот фрезы изменяется мекосевое расстояние фрезы-заготовки, происходит рассогласование вращения фрезы и заготовки, что высивазт радиальное биение нарезаемого колеса и погрешность профиля зуба. Таким образом, чтобы оценить эффективность применения фрез с новыми схемами резания, необходимо кроме стойкостных зависимостей знать точность обработки.

В качестве контролирующих параметров прямозубых колес были принты: для нормы кинематической точности - накопленная погрешность шага, для кормы плавности зацепления - колебание измерительного менееевого расстояния на одном зубе, для пятна контакта зубьев - погрешность направления зуба. Колеса нарезались с модулем . 3,4,5 ш, числом зубьев 28,30,36,50 при подачах 1,0; 1,5; 2,0; • 2,5 ш/ой и скорости резания 35 м/мнн.

Из анализа опытных данных следует, что кинематическая точность, плавность зацзплеьия зубчатых колес, нарезанных срезами с новой схемой резания, выше, чем для колес, нарезанных стандартными фрезами. Поэтому можно сделать важный вывод: фрезы с нозымн схемами резания могут работать с гораздо большими подачами, чем стандартные, пргчем точность колес будет выше.

Проведенные исследования болыдого количества колес в условиях производства показали, что на погрешность направления зуба схема резания не оказывает влияния. Объясняется это высокой жесткостью стола станка опрокидыванию под действием силы резания. Однако стойкость и точность нз всегда являйте, критерием оценка применения фрез с нозши схемами резания.

Для решения задач практики: расчет мощности, расчет прочности зуба врезы, расчет оправки и узлов станка, необходимо выяснить, как новая cxe.ua влияет на величину сил, действующих при резании. С этой целью были проведены соответствующие эксперименты. Исследовалось влияние всех тех параметров, что и при стойкостных испытаниях.

3 результате обработки экспериментальных данных получены следующие зависимости:

для фрез с обычной схемой резания

=2,71 у-V" К„ (II)

для yjpea с попеременно нагруженными боковыми сторонами D . iEi ,,0,95 0,12 о 0.S9 w-ett+ »,83 а.» ^

^inex ® 1,51-' • Yr -Si' ■ V '-X -Г^ • 1чм (12)

Усилия подачи для обеих схем резания определяются как

Ps та, ^ 0,92- ?хта% , цз>

где Км - коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала, выбирается из таблицы.

Таблица 2

Марка стали 45 4QX 20Х 2QXH3A

Км 1,0 1,33 0,92 1,28

Проведениио исследования подтверждают сделанные ранее предположения физической природы особенностей процесса стружкообразо-вания при несвободном резании, изложенной в гл.5.

Силы резания при работе двууглошх фрез с обычной схемой резания выше, чем при работе с попеременно»нагруженными боковыми сторон а.ми, хотя зуб фрезы срезает струяку в два раза тоньше. При увеличении толщина срезаемого слоя в два раза зубом фрезы с попеременно нагруженными боковыми сторонами уменьшается путь сколькения зуба без резания по обработанной поверхности, что приводит к уменьг-шению сил резания в 1,15-1,30 раза.

а восьмой главе приведены исследования высоты шероховатости при фрезеровании дисковыми дууугловыми шрезаш с попеременно нагруженными боковыми сторонами.

Яри работе фрезами с попеременно нагруженными боковыми сторонами в формировании поверхности участвуют в два раза меньше режущих- кромок, что не шкет сказаться на увеличении остаточных гребешков к ухудшении частоты поверхности. Поэтому монет оказаться, что фр: с новой схемой резания не смогут обеспечить нужную чистоту пс: ¡¿хности. Снижение чистоты поверхности влечет уменьшение подачи и производительности и тот эффект, который получается за счез: увеличения стойкости ыоает оказатьел незначительным и нримене-ние фрез с новой схемой резани« окаается нецелесообразным.

Эксперименты по определению высоты шероховатости поверхности при фрезеровании пазов дисковыми двуугловыми фрезами с разными схемами резания проводились на горчзонтально-фрезерном станке мод.бНЫ. «резы с обычной схемой и с попеременно нагруженными боковыми сторонами имели углы профиля Ц =30°и =15°; ^ =70° и 35°; ф =100° и ^ =45°; ¿ф=150 мм, передний угол =0° и задний СС( =10°, величина коррекции в г, была принята равной . 0,2 мм. Основные опыты проводились на заготовках из стали 401, У =55 м/ыин; % =6 мм, фрезерование встречное. Б качестве сыа-зызанще-охлаздаицей жидкости использовалась 5 % эмульсия.

3 результате обработки экспериментальных данных были получены следующие зависимости высоты шероховатости поверхности от раз- • личных факторов при работе с обычной и с новой схемами резания:

Я* -С- (14)

где С =33,4;

X =0,08 - для фрез с попеременно нагруженными боковыми сторонами;

С =93,9 а X = -0,15 - для йрзз с обичной схемой резания.

Формула, устанавливающая зависимость высоты шероховатости от различных факторов рекомендуется для определения оптимальной величины подачи при разработке технологических процессов.

Проведенные исследования подтверждают сделанное в глазе 5 пред положение, что сколькешге зуба без резания оказывает влияние не только на износ, силы резания, но и высоту шероховатости обработанной поверхности. С увеличением пути скольаения без резания возрастают надрывы, что отрицательно сказывается на высоте шеро-• ховатости.

При фрезеровании пазов с углами профиля менее 80° урезами с. попеременно нагруженными боковыми сторонами чистота поверхности всегда лучше, чем при резании обычны?,и фрезами, причем разница в высоте шероховатости стан овит с; те; л больше, чем меньше угол профиля.

Проведенные исследования в гл.6,7,8 дают возможность определить оитшлальнке ренимы резания при фрезеровании двуугловыми фрезами.

Одним из путей повышения производительности при фрезеровании является работа на оптимальных рекиках резания.

Задачи по отысканию оптимальных режимов резания основаны на использовании методов математического программирования. При определении указанных рекимов резания за критерий оптимизации следует принять производительность процесса обработки. Математическая формулировка поставленной задачи выглядит так:-

П (х) тах к 6 Fv

*=s _ V 7/0 \ s

целевая функция, то есть в данном случае производительность П -C'V' S ) режимы резаная; подача;

скорость резания;

множество допустимых режимов резания, определяемое ограничениями, которые могут быть представлены в виде

где П(>0-X -

S -V -F -

следующего неравенства

Для. осуществления процесса резания необходимо, чтобы_эффективная мощность станка Ы е была бы больше мощности Ыс , расходуемой на резание, причем

Р^ ГЛОХ • V

(I?) •

1x1 е ~ 60 ООО

где V - скорость резания, м/мин; '

р^щах- максимальная составляющая силы резания, которая определяется по ранее приведенным формулам. Тогда, исхода из ограничений по мощности станка, значение подачи будет определяться

о < /___Мест - 6-10А_\

" ЧСр-У"'1-^*1- Ч^г^-Г*5-^ ) С18)

При определении подачи, исходя из прочности инструмента во внимание принимаются максимальные нормальные и касательные напряжения, возникающие в опасных сечениях под зоздейстЕием силы Р-п тах , которая определена при резании одним зубом ранге, как

Г > I I г (

Исходя из ограничений по режущим способностям инструмента и беря во внимание ранее подученные зависимости: для стандартных фрез

Ь -ооз-ю-'т, (20)

для фрез с попеременно нагруженными боковыми сторонам

ь К* (Я)

тогда величина подачи может быть определена: для стандартных фрез

^ •> а-, ■«

для фрез с попеременно нагрукекныш боковыми сторонами

с гочу

4

Пользуясь данной методикой, мс.«но находить оптимальиыз технологические параметры.

В девятой главе рассматриваются разработанные конструкции рат личного высокопроизводительного фасонного инструмента. Степень совершенства инструмента наряду с другими параметраш характерл-зуется равномерностью нагрузки различных участков режугаг/. кромок. Нагрузка какой-либо точки рекущей кромки определяется скоростью резакия, тол^ной срезаемого слоя, длиной пути резания и т.ч.

¿исковые фрезы для обработку струяечных канавой сверл, метчиков, разверток, зенкеров, фрез имеют сложный профиль, что приводит к работа различных участков ренуиих кромок о неодинаковой нагрузкой. Профиль зуба этих фрез состоит из дугового участка и прямолинейного в различных сочетаниях. Участки рекуцих кромок дисковых фрез срезаю? слои не динаковой тодзгна.

Анализ показывает, что вершинная ро:::ун:ая крежа имеет напболе благоприятною геометрию, срезает слои металла наибольшей годами, чт обеспечивает меньиий путь сколгкештл по обработанной позорхкэ ти, скорость резания имеет кшеослальксе значение, наиболее продол отельное зрша участвует в работе, стру.хка обри&узтея з очень стесненных условиях. Вез ото за исключением .'.'ены^его пути сколгле обусловливает бслъыуа нагрузку реяувде кромок, их низкую стойкость и интенсивность износа.

Лдя многих видов инструмента сеченая срезаемых слоев неодинаковы. Более штрекие и толстые сложные стружи: фасонного пнетрумен' та отклоняют стручку более тонкую от нормали. Толстая струхка подвергается деформации сдвига гораздо изньиз, чем тонкая. Дазе при сравнительно небелыми отклонении сбега струи::: от перпендикуляра к взрпине сиуггко сштулется до^орьнггя толстей с г г,сити л значительно погшлаетоя тонкой. Кроме того, рззущез ле;--ло иастр-'-.мента, срезаячэе тонкую струхду, больше нгосоднтсл в пр ;цесис- его.:: зетсл, вызывает больазз давление и деформацию.

Тагам образом, па учлггке .тезгкд, с:;еслздго тонкую строку ггри несвободном резании, соз;„.хся высоко;; дазлакие и темдзрет^ра которые приводят к интенсивному износу.

Режуцая кромка зуба, срезаемого толстую стручку работает в более легких условиях, так как время скольнения зуба по поверхности резания меньше, кроме того, срезае;мый ею слой подвергается только деформация сдЕ:.га. Смятие, приводящее к прорыву лезжя, отсуствуе: Отклонение толстой стружки в сторону лезвия, ерззащего тонкую струкку, сникает сдвиг, узеличивает площадку контакта струил с

■¿а .

передней гранью, отодвигает лунку по,направлению лезвия, сразившего топкую стручку. Поэтому износ его граней протекает более медленно. Итак, на основании анализа характера изаоса фасонных ;рр"з дм обработки сгрунечных канавок инструмента йога о сделать сле.'ующие вывода:

1) износ sy6a по ревущему периметру неоданлкогнЯ. Наибольший изноо имеет задняя грань участка ре.-кущего лезвия, срешаемого маку;: струш?у, прилегающей к версиае, моньей - задняя грань ромуше-ю лезвия, срезаемого толстую стружку и cai.ua малы;; ^.иус -грань вершины зуба;

2) причиной повышенного износа задней грана пекущего лезвия, срезаемого тонкую струйку относительно лезвия, срезаемого толстую струнку является наличке более длительного скольнгки-: зуба ио пс-аерхносгк рззакия, а также отклонение тонкой струня иод дчвжеяи-ем толстой егрухки* ¡s результате увеличивается деформация сдпша у тонкой стручки;

3) с целью увеличения стойкости дискосах засолках фрез д.'1Л обработки стружечных канавок инструмента необходимо снизит;, до минимума время скольжения зуба до поверхности резаки.«., де^орма-

• цли слоев, срезаемых боковыми кромкам зубьев и особенно кромками, срезаемых тонкие стружки. Это можно достигнуть только за счет изменения схемы резания фрезы. Исследования, выполненные в гл.2,6,7, '6 могут быть в разной степени применены для фасонных инструментов, в том числе и для зуборезных фрез. При проектировании фрез фасонного профиля следует перераспределять работу между режущей зубьями так, чтобы один зуб резал одними участками лезвия, а другой - другими. Перераспределение нагрузки можно осуществить путем занижения соответствующих участков зубьев. На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследовании разработаны теоретические основы для определения интенсивности деформации срезаемых слоев при несвободном резании, когда в рззанпи участвует две и более редуших кромок для общего случая, когда ф 0 и -ф- 0 » разработана физическая природа процесса стружкоооразо-вакия и износа фрезерного фасонного инструмента при несвободном ■• резачзи; разработана методика оптимизации процесса фасонного фрезерования. Кроме того, разработаны различные вядм фасонного инструмента, в том числе и зуборезного:

1) дисковые фасонные фрезы выпуклого профиля для обработки канавок фрез;

2) червячные фрезы для нарезания зубьев звездочек к привод-

ним роликовым втулочнж цепям с ново;: схемой резания; ■

3) дисковые фасонные фрззы вогнутого профиля;

4) фрезы для обработки фасонных поверхностей слоеного профиля;

5) фрезы для обработки струязчних каназок различных видов

фрез;

6) фрезы для обработки стружечных канавок различного осевого инструмента (сверл, зенкеров, разверток, метчиков);

7) дисковые двуугловые фрезы с неравномерным окружным вагон;

8) червячные зуборезные фрезы для полнопрофильного зубофре-зерования;

9) конические червячные фрезы;

10) червячные фрезы с фасками;

11) червячные фрезы с одинаковыми радиусами вершинных и профильных зубьев (полокительное р шение 4717692/08 от 31.07.89 г.).

для реализации созданных инструментов разработан способ заты-ловання геометрически точных эвольвентных червячных Срез (полок тельное решение 475.3243 от 16.10.90 г.;

разработан способ обработки зубчатых колес среднего модуля (полокительное решение 4758350 от 23.12.90 г.);

разработана методика проектирования и технология изготовления двуугловых фрез с попеременно нагруженными боковыми сторона;.®.

Внедренные разработки позволили получить экономический эффект на многих предприятиях страны в су?,зле 592 тыс.руб. ( в ценах 1289 г.

ВЫВОДЫ

Основные результаты исследования состоят в следующем: I) решена крупная научяо-тзхничес: ая проблема, состоящая в повышенна эффективное::;: фасонного фрезерования на базе комплек'-ных теоретических и экспериментальных исследований физического механизма процесса и его технологических показаний;

2) разработаны теоретические основы несвободного многокромочного резания;

Показано, что потоки срезаемого металла различными режущими кромками интерферируют, что сопровождается изменением направления сбега стружек. Последнее оказывает существенное влияние на

основные показатели процесса, такие.как угол сдвига и сзясакнцо с шел усадка струнки, силы рскшя, температура и, в кскечнсч итоге, стойкость инструмента;

3) показано, что износ инструмента е основном связан с толщинок' срезаемого слоя, поэтому локализуется на тех участках реку-щзго лезвия инструмента, где угол в плане отличается небольшими значения:.:!!. В этих местах, как установлено нами, путь скольжения зуба фрезы является наибольшим и сопровождается более интенсивны;, деформационным упрочнением поверхностного слоя. Это способствует интенсификации износа режущих элементов- зубьев;

4) предложены эффективные схемы построения профиля :: :-етоды их реализации. На основании процесса стружкообразовакия установле но, что наиболее эффективной схемой формообразования для фасонного инструмента является схема с попеременно нагруженными боковыми сторонами зубьев, а для зуборезного инструмента - прогрессивная схема резания;

5) установлено,' что использование разработанных схем; резания позволяв'- увеличить'производительность труда на 30-40 % и повысит стойкость инструмента в 2-4 раза, при этом затраты на изготовление инструмента увеличиваются на 5-10 %•,

6) на основании проверенных исследований разработаны высокопроизводительные конструкции фасонных и двуугловых ирез для обработки стружечных канавок и пазов различных видов инструмента;.

7) созданы конструкции высокопроизводительного зуборезного ик струмента, обеспечивающего повышение производительности и стопкос ти, что дает возможность решить важнейшую технико-экономическую проблему, сократить расход дорогостоящих зуборезных фраз, высвобо' дить большой парк зуборезных станков;

8) разработаны руководящие технические материалы на чэрвячно-модульные и червячне-илицевые фрезы, а тагсхе отраслевые стандарты ОСТ 23.5.1298-23.5.1300-79, внедрений которых на заводах тракторного и сельскохозяйственного машиностроения позволило получить значительный экономический эффект;

9) на основании теоретических и экспериментальных исследована разработан комплекс конструкторско-технологических решений и рекомендаций, направленных на дальнейшее повышение эффективности фасонного фрезерования. Экономический эффект от внедрения результатов настоящей работы составил 592 тыс.рублей (в ценах 1989 г.).-

Оенсшюэ содержание дассзрзацкя опубликовано в следуэдцх работах:

1. Смольников H.H., Медведицков G.H., Народных АЛ', и др. Фрезы червячные цельные дли эвольгентных цилиндрических зубчатых колос с прогрессивной cxo:.;o:'¡ резания. Конструкция и размеры. ОСТ 23.5.1238-70. О?г«г:.чезо;: стандарт. Издание официальное. iL, Министерство тракторного и сельскохозяйственного машиностроении СССР, 1980, с.36.

2. Смольников H.H., ¡Ледзздщков С.П., Нарожных А.Т. и др. Орезы червячные сборные для эволььентних цилиндрических зубчатых колес с прогрессивной схемой резания. Конструкция и размер:-;, ОСТ 23.5.1259-79. Отраслевой стандарт. Издание официальное. I.Í., Шнийтерзтво тракторного и сельскохозяйственного машиностроения СССР, 1980, с.26.

3. Смольников Н.Л., ¡.¡едзедццков С.Н., Нарояных А.Т. и др. Срезы червячные для эъольвеьтных цилиндрических зубчатых колос о прогрессивной схемой резания. Проектирование и технология изготовления. ОСТ 23.5.1300-79. Отраслевой стандарт. Издание официальное. ¡J., министерство тракторного и сельскохозяйственного машиностроения СССР, 1980, с.24.

4. Смолыикоз Н.Л. Ьлияние радиуса при верпшне зуба двууглозы* фрез с обычной и новой схемами резания на износ, силы резания и высоту шероховатости. //Библиографический указатель ВШЗПЛ. Депонированные научные работы, ISS4, ¿56, с.113.

5. Смольников Н.Л. К вопросу влияния различных факторов на интенсивность деформации срезаемых слоев при работе многокромочным инструментом, когда ^0 и Л /0 .// Библиографический указатель ВИНИТИ. Депонированные научные работы, 1985, вып.7, с.128.

6. Смольников H.A., Иванов В.Б., Ыедведицков С.Н. Деформация слоев,, срезаемых несколькими сменными кромками инструмента,. когда и \j¿Q . - В кн.: Точность и производительность зубссб-рабатывавхцих станков и инструментов. Меквузовский научный сборник, СПИ, Саратов, 1986, с.42-51.

7. Смольников H.H. Исследование стойкости, силы резания и высоты шерохозатостл при фрезеровании дзуутловыми фрезами с попеременно нагруженными боковыми сторонами зубьев. //Тезисы докладов Всесоюзной конференции "Прогрессивные методы обработки металлов •лезвийным инструментом." - Киев, 1976.

8. Смольников Н.Я. Черзячно-ыодульные 'фрезы с разгруженной

схемой резания //библиографический указатель ВИНИТИ, депонированные научные работы, 1986, УД (177), с.77.

9. Смольников Я.Я. К вопросу теоретического определения си."!, действующих в процессе несвободного резания. //Ёвблпографаческш указахель ШН!Ш1. Депонированные рукооис:*, 1988, с.бо.

10. Смольников Н.Я. Производственные исшлшшя червячно-модуг них фрез и зуборезных долбяков, разработанных ВолгЛи па ¡¿шсксм автомобильном заводе //Библиографический указатель лишти. депонированные научные работы, 1987, &1 (183), с.143.

11. Смольников Н.Я., Ыедзедицков С.Н., Нарожных А.Т. шеоко-производигельнос зубонарезание //Тезисы докладов ¿»сесоазнои конференции "Интенсификация технологических процессов мох:ишчес;:ой обработки". - Ленинград, 1986, с.

12. Смольников Н.л. Определение дефоршшш слоев, срезаемых несколькими смежными кромками инструмента //Библиографически указатель ВИНИТИ. Депонированные научные работы, ±ЬЪ5, вып.7, с.128.

13. Смольников Н.Я. Исследование качества и точности зубчат«:, колес, нарезанных червячно-модулышми фрезада с разгруженное, схемой резаная. //Библиографический указатель &ШШ. депонированное научные работы, 1988, .'¿9 (203), с. 128.

14. Смольников Н.Я. влияние главных углов з плаче но коэффициент усадки стружки при несвободном резании. //Библиограанески-, указатель ВИНИТИ. Депонированные и научные работы, 1988, #7(201), с.114.

15. Смольников Н.Я. Исследование влияния геометрических параметров инструмента на силы, возникающие в процессе несвободного резания при точении резцом трапецеидального профиля. //Библиографический указатель ВИШНИ. Депонированные научные работы, 1990, ■Ц, с.72.

16. Смольников Н.Я. Модифицирование -профиля червячно-модуль-ных фрез с прогрессивной схемой резания под шлифование //Библиогрг фичесюш указатель ВИНИТИ. Депонированные научные работы, 1988, № (203), с.129.

17. Смольников Н.Я. Фрезы для обработки фасонных поверхностей сложного профиля. //Библиографический указатель ШНИТИ. Депонированные научные работы, 1988, 1дЗ (197), с.124.

18. Смольников Н.Я. Исследование влияния технологических параметров процесса резания на силы, возникающие в процессе несвободного и свободного резания, при точении резцом трапецеидально-

го профиля. //Библиографический указатель ВЮЗГГИ. Депонированные научные работ, 1989, .'¿II, С. 125. : .

19. Смольников H.H. Теоретическое определение на ЭЕ.1 показателей процесса сгруакообразования при несвободном косоугольном резании. //Библиографический указатель ВИНИТИ. Депонированные научные работы, 1989, 1*12, с.Пб.

20. Смольников H.H., Радзезич С.П. и др. Способ затылования геометрически точных эвольвентных червячных фрез. Завяка JM753246 от 16.10.90 г. решёкием ВЮ-ШЮ признана изобретением.

21. Смольников H.H., Сахаров А,3. Червячная фреза, ^авяка Л 4717622 от 31.07.89 реаек:ем ВННИГШ* признана изобретением.

22. Смольников Н.Л., Радзевич С.П. и др. Способ обработки зубчатых колес среднего модуля. Заявка 4758350 от 23.12.90 г. решением ВНИИГДЗ признана изобретением,

23. Смольников Н.л. ирезерование фасонными фрезами с новыми схемами резания. //Тезисы докладов Всесоюзной конференции "Прогрессивные методы обработки труяообрабатываемых материалов на металлорег^уцих станках". - ¿¿данов, 1980, с.22.

24. Смольников H.H., Медведицков С.Н. Стойкостны^ исследования (¿•".сонных фрез с нозой схемой резания. - В сб.Технология и автоматизация машиностроения. Научные труды ВолгШ, вып.11, Волгоград, 1975, с.11-18.

25. Смольников H.H. Дисковые двуугловые фрезы с новыми схема-мз резания. Информационный листок 25-75 Кшше-Волнского менотрас левого территориального центра научно-технической информации l пропаганда, Волгоград, 1975.

26. Смольников H.H., Цедведицпов С.Н. а др. урезы червячные цельные с прогрессивной схемой резания для илицевых валов с эвольвентным профилем. Проектирование и технология изготовления. РТЫ 23.5.41-75, Hiraie-Волжский ЦггГИ, Волгоград, 1975, 28 с.

27. Смольников H.H., Ыедведицков С.Н. и др. Срезы червячные цельные с прогрессивной схемой резания для илицевых валов с эзольвентным профилем. Конструкция и размеры РТЫ 23.5,47-75.Шг-ле-Волнский цКГИ. Волгоград, 1975, с.10.

28. Смольников Н.Н, Ыедведицков С.Н. а др. Фрезы червячные с попеременно нагруженными боковыми сторонами для нарезания шлицэвых валов с треугольным профилем. Конструкция и размеры. PTi.l 23.5.5076. Низые-Р?лхский ЦНТИ. Волгоград, 1976, с.10.

29. Смольников Н.Я., Медведицков С.Н. и др. врезы червячные о попеременно нагруженными боковыми сторонами для нарезания шки-цевых валов с треугольным профилем. Проектирование и технология изготовления. РТЫ 23.5.51-76. Нижне-Волжский ЦНТИ. Волгоград,I97t с.16.

30. Смольников Н.Я., Медведицков С.Н. и др. Фрезы червячно-модульные цельные с прогрессивной схемой резания. Конструкция и размеры. РТМ 23.5.33-72 - РТЫ 23.5.34-72. Нижне-Волжский ЛИГИ, Волгоград, 1973, с.II.

31. Смольников Н.Я., Медведицков С.Н. и др. Фрезы зуборезные с прогрессивной схемой резания. Проектирование и технология изготовления. ИМ 23.5.32-72. Нижне-Волжский ЦНТИ. Волгоград, IS74, с.36. •

32. Смольников Н.Я., Медведицков С.Н. и др. Фрезы червячные о попеременно нагруженными боковыми сторонами для нарезания шли-цевых валов с треугольным профилем. Проектирование и технология изготовления. РТМ 23.5.51-76, Нижне-Волжский ЦНТИ, Волгоград, 1986, с.IJ.

33. Смольников Н.Я. Методика проектирования и технология из--готовления дисковых двуугловых фрез с попеременно нагруженными боковыми сторонами зубьев. - В сб.: Технология и автоматизация машиностроения. Научные труды ВолгШ, вып.УП, Волгоград, 1977, 103-109 с.

34. Смольников Н.Я. Высота шероховатости при фрезеровании дисковали двуугловыыи фрезами с попеременно нагруженными боковыми сторонами зубьев. - В сб.: Технология и автоматизация машиностроения. Научные труды ВолгШ, вып.УП, Волгоград, 1977, I09-II4 с.

35. Смольников Н.Я. Фасонные фрезы сложного профиля с новой схемой резания. - В сб.: Прогрессивные процессы машиностроения. Межведомственный сборник научных трудов ВолгПИ, Волгоград, 1982, с.155-160.

36. Смольников Н.Я. ашяние радиуса при вершине зуба двуутло-вых фрез с обычной и новой схемами резания на износ, силы резания и высоту шероховатости. - В сб.: Обработка деталей машин резанием. Сборник научных трудов ВолгПИ, Волгоград, 1986, с.166-172.

37. Смольников Н.Я. Определение углов сбега стружки при резании смежными кромками инструмента, когда $ф0 и .-В сб.: Прогрессивные.процессы в машиностроении. Сборник научных трудов-ВолгШ, Волгоград, 1985, с.21-25.

38. Смольников H.H., Нарог.чкх А.Т. я др. Дисковые модульные грезы с прогрессивной схемой резания. Информационный листок

;; 463-89. Волгоградский мзкотраедзвой территориальный центр научно-технической информации и пропаганды, Волгоград, 1989.

39. Смольников Н.м., Нарозных А.Т. и др. Дисковые двуугловыо ррезы с новыми схемами резания. Информационный листок й 431-89. Зодгсгрпдскил межотраслевой территориальный центр научно-технической информации и пропаганды, Волгоград, 1989.

40. Смольников H.H., Павлов С.Д., Харламов H.A. йлияние переднего угла и угла наклона режущей кромки на коэффициент усадки стручки при несвободном резании. - ¿3 сб.: Пути повышения эффективности процессов резания материалов. Сборник научных трудов ВолгЛЛ. Волгоград, 1S88.

41. Смоль.-ччгсз Я.л.-. Стольников С.П.-и др. Производственные испытания чершпяо-иодулышх фрез с различными схема;и резания.-В сб.: ¿изическиз процессы при резании металлов. Сборник научных V доз Bo.iriti, Волгоград, 1993, с.127-135.

42. Смольшлюв H.H., {урбакоз B.S. Червячная фреза. Заявка

'ё 93-CC8S73/07 от ¿5.05.93 г. решением БНИИГПЭ пршнана изобретением.