CC BY
18
ГРНТИ 55.13.17
Мардонов Бахтиёр Тешаевич
д.т.н., доцент, кафедра «Технология машиностроения», Навоийский государственный горный институт,
г. Навои, 210100, Республика Узбекистан, e-mail: [email protected]
Шеров Карибек Тагаевич
д.т.н., профессор, кафедра «Технологическое оборудование, машиностроение и стандартизация». Карагандинский государственный технический университет,
г. Караганда, 100042, Республика Казахстан,
e-mail: [email protected]
Бузауова Тоты Мейрбековна
к.т.н., ст. преподаватель кафедра «Технологическое
оборудование, машиностроение и стандартизация».
Карагандинский государственный технический университет,
г. Караганда, 100042, Республика Казахстан,
e-mail: [email protected]
Маздубай Асылхан Владимирович
PhD, Павлодарский государственный
университет имени С. Торайгырова,
г. Павлодар, 140008, Республика Казахстан,
e-mail: [email protected]
Альжанова Айжан Газизовна
магистрант, кафедра «Технологическое оборудование,
машиностроение и стандартизация».
Карагандинский государственный технический университет, г. Караганда, 100042, Республика Казахстан, e-mail: [email protected]
ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУЖКООБРАЗОВАНИЯ ПРИ ОБРАБОТКЕ ЗУБЬЕВ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗУБ ЧА ТЫХ КОЛЕС «ШЕВЕРОМ-ПРИКА ТНИКОМ»
Выполнено исследование процесса стружкообразования при разработке нового способа финишной обработки зубьев цилиндрических зубчатых колес обкатным инструментом «шевером-прикатником». Инструмент изготовлен из неинструментального материала, т.е. из стали LUX15. Выполнен расчет коэффициента усадки стружки. В результате определен диапазон значения коэффициента усадки стружки Ку.с. =0,4=0,85. При этом установлено, что самая низкая шероховатость (Ra=0,32 мкм) поверхности обеспечивается при Ку.с.=0,4.
Приводятся графики влияния скорости обработки на значение коэффициента стружки и влияния значений коэффициента усадки стружки на шероховатость обработанной поверхности.
Комплексное исследование процесса стружкообразования показало, что при обработке «шевером-прикатником» изготовленным из стали ШХ15 обеспечивается качественное дробление стружки, несколько разупрочняется структура стружки и улучшаются условия работы инструмента, а также повышается качество финишной обработки зубьев зубчатых колес.
Ключевые слова. Обкатный инструмент, цилиндрическое зубчатое колесо, финишная обработка, стружкообразование, усадка стружки, шероховатость.
ВВЕДЕНИЕ
В механике процесса резания металлов уделяется большое внимание стружкообразованию. На процесс стружкообразования затрачивается более 90% силы и работы резания, соответственно, при стружкообразовании выделяется основная часть тепла. От этого процесса зависят тепловой режим и контактные нагрузки на рабочих поверхностях инструмента, следовательно, интенсивность и характер их износа. В непосредственной связи с процессом стружкообразования находится качество поверхностного слоя и точность обработки детали. Таким образом, почти все характеристики процесса резания и его практические результаты зависят от процесса стружкообразования. Протекание этого процесса в основном определяется деформированным состоянием зоны стружкообразования [1].
В связи с этим исследование процесса стружкообразования при разработке нового способа финишной обработки зубьев цилиндрических зубчатых колес является актуальной задачей. Контактные явления, происходящие при стружкообразовании, сопровождаются интенсивным трением на передней и задней поверхностях инструмента, которое оказывает существенное влияние на ряд важных характеристик процесса резания, в частности, на характер и интенсивность износа, качество обработанной поверхности, силы резания, точность обработки и пр.
Как известно [2, 3], при традиционном зубонарезании отделение стружки сопровождается её скольжением по передней поверхности в условиях либо граничного трения без существенных вторичных пластических деформаций контактного слоя, либо при полном схватывании контактных поверхностей с интенсивной пластической деформацией этого слоя. При этом прерывистость процесса резания обусловлена в основном естественным чередованием режущих кромок инструмента.
При обработке «шевером-прикатником» изменяются механизм превращения отдельных элементов срезаемого слоя в стружку. Эти изменения касаются, главным образом, основных физических процессов стружкообразования: пластического деформирования и разрушения обрабатываемого материала, а также трения на контактирующих поверхностях, что, несомненно, должно отразиться и на механизме формирования отдельных элементов стружки. Исследование процесса стружкообразования при разработке нового способа финишной обработки зубьев цилиндрических зубчатых колес является актуальной задачей, так как обкатный инструмент «шевер-прикатник» изготовлен из неинструментального материала, т.е. из стали 1ПХ15.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
Методика исследования основана на научных положениях таких наук как основы теория резания металлов и зубообработки, теории стружкообразования, технологии металлов, материаловедения. В исследованиях стружки применен металлографический метод исследования. На рисунке 1 показаны обкатный инструмент «шевер-прикатник» и обработанные зубчатые колеса.
Результаты экспериментальных исследований процесса обработки прямозубых цилиндрических зубчатых колес обкатным инструментом «шевер-прикатник» приведены в работах [4-7].
1 - зубчатое колесо; 2 - шевер-прикатник; 3 - шевер-прикатник в сборе Рисунок 1 - Шевер-прикатник и обработанные зубчатые колеса
На рисунке 2 показаны стружки, полученные при обработке «шевером-прикатником» изготовленным из стали ШХ15. При проведении экспериментальных исследований скорость резания варьировался в диапазоне п = 100 : 400 об/мин. При низких скоростях резания получили крупные стружки надлома (рисунок 2, а). С повышением скорости резания наблюдалось уменьшение размеров стружки надлома и более качественное её дробление. Для исследования текстуры полученных стружек был использован универсальный металлографический микроскоп Альтами МЕТ 5Т.
а) б)
а - стружки полученные при режимах резания: п = 200 об/мин; S = 0,1мм/об; ¿=0,025 мм; б - стружки полученные при режимах резания: п = 400 об/мин; S =
0,1 мм/об; ¿=0,025 мм Рисунок 2 - Стружки, полученные при обработке
На рисунке 3 показан универсальный металлографический микроскоп Альтами MET 5Т.
Рисунок 3 - Универсальный металлографический микроскоп Альтами МЕТ5Т
Некоторые научные выводы можно сделать на основании изучения сечения стружки в деформированном состоянии. Степень пластического деформирования удаляемого при резании материала полностью характеризуется усадкой стружки, то есть несоответствием длины стружки и пути резца. Стружка оказывается более короткой, но, сохраняя объем, делается большей по поперечному сечению за счет увеличения толщины. О величине усадки стружки судят по величине коэффициента усадки Кь. Известно [8], что по параметру усадки стружки можно судит о ходе осуществления процесса обработки. В зависимости от его изменения будут изменятся все показатели процесса резания. Также по нему можно судит о деформационных процессах при обработке. Пластическое деформирование срезаемого слоя можно охарактеризовать величиной усадки стружки. Известно [8], что величину усадки стружки характеризует величина коэффициента усадки К Для определения размеров полученных стружек было использовано
Ус ___ __
универсальный металлографический микроскоп Альтами МЕТ 5Т (рисунок 3). На рисунке 4 показаны размеры стружек полученных при обработке шевером-прикатником изготовленного из стали ШХ15.
%
з>
Г*м> 7» г«
Ли $я -М^^Н
-1Г1
е)
ж)
а - стружка № 1; б - стружка № 2; в - стружка № 3; г - стружка № 4;
д - стружка № 5; е - стружка № 6; ж - стружка № 7. Рисунок 4 - Размеры стружек, полученных при обработке шевером-прикатником изготовленного из стали 1ПХ15
Расчет коэффициента усадки стружки при обработке стали 40Х проводим по формуле [9-13].
С 10
А =-
(1)
где С - масса образца стружки .мг; р - плотность материала г/с.м3; Ьс - длина стружки мм; Б - подача мм/о б; I - глубина резания мм.
Стружка №1 (рисунок 4) - С =0,018 мг; р = 7,82 г/см3; Ьс = 1,096 мм; Б = 0,1 мм/об; I = 0,025мм.
С 0,018
Кус
1с-р-.Ч-Г 1.096 ■ 7,82 ■ 0,1 ■ 0,025
= 0.840.
Стружка №2 - G = 0,016 мг; р = 7,82 г/с.м3; Le = 0,98 мм; S = 0,1 мм/об; t= 0,025 мм.
А.'. - --—---_= 0.835.
Lc ■ p-S ■! 0.98 ■ 7,82 ■ 0,1 ■ 0.025
Стружка №3 - 3 - G = 0,015 мг; р = 7,82г/Ьи3; Lc = 0,95 мм; S = 0,1 мм/об; t = 0,025 мм.
G °"015 =0,807.
1с-р-5-С 0.95-7,82-0,1-0,025
Стружка №4 - С = 0,014 мг; р = 1,%2г/см3\ Ьс = 0,81 мм; Б = 0,2 мм/об; 1= 0,025 мм.
С 0,014
К ---:-- 0.442.
Ьс ■ р • 5 ■ г 1,096 ■ 7,82 ■ 0,2 ■ 0.025
Стружка №5 - С = 0,012 мг; р = 7,82г/Ьи3; = 0,56 мм; Б = 0,2 мм/об; 1= 0,025 мм.
А.. ___= 0,548.
4 0,56 ■ 7,82 '0,2 '0,025
Стружка №6 - С =0,011 мг; р = 7,82г/Ьи3; Ьс = 0,52 мм; Б = 0,2 мм/об; 1=0,025 мм.
А„( °-0П 0.5II .
Lc ■ p-S-t 0,52■ 7,82'0,2'0,025
Стружка №7 - С = 0,011 мг; р = 7,82г/Ьи3; = 0,51 мм; Б = 0,2 мм/об; 1= 0,025 мм.
К - С' - °'011 — о 551
Ье-р-8! 0,51 '7,82 '0,2-0,025
Примечание-. 1рх = 3,8мм, масштаб 200рх.
По результатам исследования были построены графики показанные на рисунках 5 и 6. Из графика (рисунок 5) видно, что с увеличением режимов обработки наблюдаем уменьшение значения К . Было установлено, что значение К =0,4- 0,85.
у.с. 7
Кус 10
0*
ое
о«
02
1-
1
2-
£
100 200 300 «О Пит об>иим
Рисунок 5 - График влияния скорости обработки на Кус
На рисунке 6 показан график влияние на шероховатость обработанной поверхности.
10 Кус.
Рисунок 6 - График влияние Ку с на шероховатость обработанной поверхности
Уменьшение характеризует улучшение качества обработки. Из графика (рисунок 6) видно, что при Ку с =0,4 шероховатость поверхности получается Я =0,32 мкм. Данное значение Кус=0,4 получен при расчете стружки №4, которая было получена при обработке режимами 5 = 0,2 мм/об; п = 400 об/мин.
Данное подтверждает также результаты экспериментального исследования [4]. На основе полученных результатов установлено оптимальные режимы резания при обработке «шевером-прикатником» изготовленной из стали ШХ15: 5 = 0,2 мм/об; п = 400 об/мин. Также можно сделать вывод о том, что при обработке «шевером-прикатником» изготовленной из стали 1ПХ15 обеспечивается качественное дробление стружки, несколько разупрочняется структура стружки и улучшаются условия работы инструмента, а также повышается качество финишной обработки зубьев цилиндрических зубчатых колес.
ВЫВОДЫ
1 Необходимо отметит, что исследование процесса стружкообразования при реализации нового способа и конструкции режущего инструмента является
актуальной задачей. Так как от процесса стружкообразования зависят все характеристики процесса резания и его практические результаты.
2 Исследования стружки показали, что в начале обработки «шевером-прикатником» изготовленной из стали 1ПХ15 образуются преимущественно небольшие наросты, количество которых резко колеблется, быстро увеличиваются в размерах и превращаются в крупный нарост и с увеличением скорости резания и подачи, размеры нароста уменьшаются либо вовсе исчезают.
3 В результате расчета определен диапазон значения коэффициента усадки стружки К с =0,4^0,85. При этом установлено, что самая низкая шероховатость (R =0,32 мкм) поверхности обеспечивается при К ^ =0,4.
4 Комплексное исследование процесса стружкообразования показало, что при обработке «шевером-прикатником» изготовленной из стали LUX 15 обеспечивается качественное дробление стружки, несколько разупрочняется структура стружки и улучшаются условия работы инструмента, а также повышается качество финишной обработки зубьев зубчатых колес.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1 Зайцев В. Е., Скрипка Е. А., Воронин А. В. Исследование влияния основных параметров резания на процесс стружкообразования при торцевом фрезеровании алюминиевого сплава 6082 Т6 / Сборник научных трудов «Открытие информационные и компьютерные интегрированные технологии» - X. : Нац. аэрокосм, ун-т «ХАИ», 2014. - Вып. № 65. - С. 42^8.
2 Шеров К. Т., Ракишев А. К., Доненбаев Б. С., Айнабекова С. С. Стружкообразования и деформированное состояние срезаемого слоя при РФО внутренних и наружных цилиндрических поверхностей / Труды университета. -Караганда : Изд-во КарГТУ, 2018. - № 3(72) - С. 49-54.
3 Зорохович А. А., Остров H. М. Производство высокоскоростных зубчатых колес средних модулей. - М. : «Машиностроение», 1998. - 228 с.
4 Мардонов Б. Т. Экспериментальное исследование обработки зубьев прямозубых цилиндрических зубчатых колес обкатным инструментом «шевером-прикатником» / Механика и технологии. - Тараз : Изд-во «Тараз университет!» ТарГУ им. М.Х. Дулати, 2018. - №3 (61). - С. 64-71.
5 Mardonov В. T. The investigation of precisionof installation pieces of cylindrical gears in the process of rolling gear shaving // International Journal of Scientific & Engineering Research. - Volume 8. - Issue 5. - May, - 2017. - 1205-1207 p.
6 Мардонов Б. T. Исследование точности цилиндрических зубчатых колес, обработанных при различных установках обкатного инструмента // Научно-технический журнал ФерПИ. - Фергана. - 2018. - № 3. - С. 103-107.
7 Евтушенко T. JL, Ыксан Ж. М., Шумейко И. А. Анализ формирования радиального биения зубчатого венца // Наука и техника Казахстана. - 2017. -№3-4.-С, 19-25.
8 Бобров В. Ф. Основы теории резания металлов. - М : Машиностроение, 1995.-230 с.
9 Олынтынский П. В. Лабораторный практикум по дисциплине «Процессы формообразования и инструменты». Часть 1: Учеб. пособ. / ВолгГТУ. - Волгоград, 2006 - 80 с.
10 Шеров К. Т., Бузауова Т. М., Таттимбек Г., Альжанова А. Г. Tíctí доцгелектерд1 дайындау сапасын камтамасыз ету мэселелер1 // Наука и техника Казахстана. - 2019. - № 1. - С. 33-43.
11 Насад Т. Г., Селиванов А. Н. Экспериментальные исследования стружкообразования при обработке титанового сплава марки ВТ 1-0 методом высокоскоростного окружного фрезерования // Вестник Саратовского государственного технического университета. - 2011. - № 2 (56). - С. 138-144.
12 Мусаев М. М. Исследование и разработка комплексного способа обработки высокопрочных материалов. Специальность 6D071200 - «Машиностроение». Дисс. на соискание доктора PhD. - Караганда, 2017. - 152 с.
13 Sherov К. Т., Sikhimbayev М. R., Donenbaev В. S., Ainabekova S. Experimental Research of Rotational-and-Frictional Boring of Big Holes in Large Parts // Journal ofTheoretical and Applied Mechanics. - Sofia. - Vol. 47 No. 4. -2017. -P. 23-36.
Материал поступил в редакцию 20.05.19.
Мардонов Бахтиер Тешаевич
т.г.д., доцент, «Машинажасау технологиясы» кафедрасы,
Науайы мемлекетпк тау-кен институты,
Науайы к., 210100, взбекстан Республикасы,
e-mail: [email protected].
Шеров Карибек Тагаевич
т.г.д., профессор, «Технологияльщ жабдьщтар,
машинажасау жэне стандарттау» кафедрасы,
Караганды мемлекетпк техникальщ университет,
Караганды к., 100042, К>пакстан Республикасы,
e-mail: [email protected].
Бузауова Тоты Мейрбековна
T.F.K., ara окытушы. «Технологияльщ жабдьщтар,
машинажасау жэне стандарттау» кафедрасы,
Караганды мемлекетпк техникальщ университеп,
Караганды к., 100042, К>пакстан Республикасы,
e-mail: [email protected].
Маздубай Асылхан Владимирович
PhD, С. Торайгыров атындагы Павлодар мемлекетпк университет!,
Павлодар к., 140008, К>пакстан Республикасы,
e-mail: a s \ 1 klian_mamail.ru.
Альжанова Айжан Газизовна
магистрант, «Технологияльщ жабдьщтар,
машинажасау жэне стандарттау» кафедрасы,
Караганды мемлекетпк техникальщ университеп,
Караганды к., 100042, К>пакстан Республикасы,
e-mail: lunnaiaduwattrnail.ru. Материал баспага 20.05.19 тустг
Цилиндрл1к TicTi децгелектердщ TicTepiH «Шевер-прикатникпен» ецдеу кезшдеп жоцк;ак;алыптасу
Цилиндрик micmi доцгалацтардыц micmepiH «шевер-прикатникпен» домалату аспабымен финишпйк вцдеудщ жаца тэсшн эзгрлеу кезтде жоццаныц тузшу процест зерттеу орындалды. Щурал аспапты емес материалдан жасалган, ягни ШХ15 болаттан жасалган. Жоццаныц шогу коэффициенты есетпеу орындалды. Нэтижестде жоццаныц шогу коэффициенпйнщ диапазоны Ку.с. =0,4=0,85 аныцталды. Бул ретте беттщ ец томен кедгр-будырлыгы (Ra=0,32 мкм) Ку.с.=0,4 кезтде цамтамасыз епйлгет аныцталды. вцдеу жылдамдыгыныц жоцца коэффициенпйнщ мэнте эсер ету жэне жоцца шогу коэффициенпйнщ мэнтщ оцделген беттщ кедгр-будырлыгына эсер ету графиктерi келпйршедг. Жоццаныц тузшу процест кешендг зерттеу ШХ15 болаттан жасалган «шевер-прикатникпен» оцдеу кезтде жоццаныц сапалы усацталуы цамтамасыз епйлепйнт, жоццаныц цурылымы 61'рнеше ныгыздалып, цуралдыц жумыс шарттары жацсаратыны, сондай-ац micmi доцгелектердщ micmi оцдеу сапасы артатыны корсетпй.
KLnmmi создер: Таптау цуралы, цилиндрлт micmi доцгалацтар, финишпйк оцдеу, жоццапайдаболуы, жоццаныц uiozyi, Kedip-будырлыц.
Mardonov Bakhtier Teshaevich
Doctor of Technical Sciences, Associate Professor,
Department of Engineering Technology,
Navoi State Mining Institute,
Navoi, 210100, Republic of Uzbekistan,
e-mail: [email protected].
Sherov Karibek Tagayevich
Doctor of Technical Sciences, Professor, Department of «Technological Equipment, engineering and standardization», Karaganda State Technical University, Karaganda, 100042, Republic of Kazakhstan, e-mail: [email protected]. Buzauova Toty Meirbekovna
Ph.D., Art. Lecturer, Department of «Technological equipment.
Engineering and Standardization», Karaganda State Technical University,
Karaganda, 100042, Republic of Kazakhstan,
e-mail: [email protected].
Mazdubai Asylkhan Vladimirovich
PhD, S. Toraighyrov Pavlodar State University,
Pavlodar, 140008, Republic of Kazakhstan,
e-mail: asv 1 khan_ 111 'amail.ru.
Alzhanova Aizhan Gazizovna
undergraduate student. Department of «Technological equipment.engineering and standardization»,
Karaganda State Technical University,
Karaganda, 100042, Republic of Kazakhstan,
e-mail: [email protected]
Material received on 20.05.19.
The study of chip formation during the processing of cylindrical gears teeth with «shever-prikatnik»
The study of the process of chip formation in the development of a new method offinishing the teeth of cylindrical gears with a wheel shever-prikatnik tool was carried out. The tool is made of non-instrumental material, i.e. from steel SHKhlS. The calculation of chip shrinkage ratio has been performed. As a result, the range of the value of the chip shrinkage coefficient Kch.sh. = 0.4 0.85 was determined. It was found that the lowest surface roughness (Ra = 0.32 /i»?) of the surface is ensured at Kch.sh. = 0.4. Graphs of the effect ofprocessing speed on the value of the chip rate and the effect of the value of the chip shrinkage factor on the surface roughness are given. A comprehensive study of the process of chip formation showed that the processing of «Shever-prikatnik» made of steel SHKhlS provides high-quality crushing chips, somewhat weakens the structure of chips, and improves the working conditions of the tool, as well as improving the quality offinishing machining of gear teeth.
Keywords: Rolling tool, spur gear, finishing, chip formation, chip shrinkage, roughness.
