CC BY
12
УДК 621.9.01
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗОНЫ КОНТАКТА ИГЛОФРЕЗЫ С ОБРАБАТЫВАЕМОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ
А.М.Тумаш1
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Исследован характер взаимодействия иглофрезы с обрабатываемой поверхностью с помощью скоростной киносъемки. Анализ материалов, полученных в ходе экспериментов, позволил изучить размеры зоны контакта, определить траекторию движения игл, выявить характерные особенности, присущие процессу обработки деталей иглофрезерованием. Приведены зависимости размеров зоны контакта иглофрезы с обрабатываемой поверхностью от параметров обработки. Дан их анализ. Ил. 6. Библиогр. 3 назв.
Ключевые слова: шероховатость поверхности; иглофрезерование; режимы обработки; параметры инструмента; зона контакта; оптимизация.
STUDY OF THE NEEDLE-CUTTER CONTACT ZONE WITH THE MACHINED SURFACE A.M. Tumash
National Research Irkutsk State Technical University, 83, Lermontov St., Irkutsk, 664074.
The paper researches the interaction nature of the needle-cutter with the machined surface by means of high-speed photography. The analysis of the data, obtained during experiments allowed to study the size of the contact zone, determine the trajectory of needles, reveal the characteristic features inherent to the part machining by needle milling. The dependencies of the needle-cutter contact zone sizes with the machined surface on the treatment parameters are given. Their analysis is presented. 6 figures. 3 sources.
Key words: surface roughness; needle milling; machining modes; tool characteristics; contact zone; optimization.
Одним из методов снижения шероховатости поверхности является иглофрезерование. Это высокопроизводительный и экономичный процесс, легко поддающийся автоматизации. Однако приближенный и неполный характер имеющихся о нем сведений сдерживает широкое применение иглофрезерования в промышленности [1,2]. Кроме того, иглофрезерование, как и другие методы обработки резанием, требует оптимизации параметров процесса [3]. С целью управления процессом иглофрезерования необходимо знать характер взаимодействия инструмента с обрабатываемой поверхностью, влияние режимов обработки и параметров инструмента на производительность процесса и шероховатость получаемой поверхности.
Исследование характера взаимодействия инструмента с обрабатываемой поверхностью проводили с помощью киносъемки, для выполнения которой использовали скоростную кинокамеру СКС-1М. Такая кинокамера позволяет фиксировать быстропротекаю-щие процессы, поскольку скорость съемки достигает 3000 кадров/сек.
В качестве примера полученного экспериментального материала на рис.1 приведены фрагменты отснятых негативов.
Анализ материалов, полученных в ходе экспери-
ментов, позволил изучить зону контакта иглофрезы с обрабатываемой поверхностью, определить траекторию движения игл, выявить характерные особенности, присущие процессу обработки деталей иглофрезеро-ванием.
В результате обработки фотографий было установлено, что зону контакта иглофрезы с обрабатываемой поверхностью можно разделить на несколько участков, границы между которыми определяются точками 1, 2, 3, 4 и 5 (рис. 2). Поскольку непосредственные угловые измерения давали большую погрешность, сначала выполняли линейные измерения положения точек 1,2,4 и 5 относительно точки 3, а затем вычисляли их угловое расположение. Дополнительно определяли угол между касательной к рабочей поверхности иглофрезы и иглой, что позволяло определить передний угол режущего элемента.
у = в- 90°
Все иглы, находящиеся правее точки 1, занимают строго радиальное направление. По мере движения от точки 1 к точке 2 иглы постепенно изгибаются. Точка 2 соответствует началу касания игл с обрабатываемой поверхностью. Точка 3 лежит на нормали к поверхности, проходящей через ось иглофрезы.
1-
Тумаш Александр Михайлович, старший преподаватель кафедры конструирования и стандартизации в машиностроении, тел.: (3952) 405146, e-mail: [email protected]
Tumash Alexander, Senior Lecturer of the Department of Designing and Standardization in Machine Building, tel.: (3952) 405146, e-mail: [email protected]
Рис. 1. Фрагменты киносъемки процесса иглофрезерования
На первом участке, расположенном между точками 1-2, еще не вступив в работу, иглы получают начальную деформацию. Зазоры между ними уменьшаются, плотность рабочей поверхности увеличивается, появляется начальный (отрицательный) передний угол. Назовем этот участок зоной предварительной деформации игл. Возникновение этой зоны связано с деформацией предыдущих рядов игл, находящихся в контакте с обрабатываемой поверхностью. Второй - участок непосредственного контакта игл с обрабатываемой поверхностью. Границы его начинаются с момента касания иглами детали в точке 2, где их деформация увеличивается, а передний угол уменьшается. Это продолжается до тех пор, пока основание иглы не окажется на наименьшем расстоянии от обрабатываемой поверхности, а режущая кромка не достигнет положения, равного приблизительно 2/3 расстояния между точками 2 и 3. В данный момент, по нашему мнению, передний ряд игл, поджимаемый следующими за ним рядами, начинает срезать стружку. При дальнейшем вращении инструмента расстояние между основанием игл и обрабатываемой поверхностью увеличивается. Это приводит к уменьшению их изгиба и увеличению переднего угла, что облегчает процесс резания. Затем иглы выходят на обрабатываемую поверхность и некоторое время скользят по ней с увеличенной скоростью. Точка 4 соответствует началу ускоренного движения игл. Отрыв иглы от поверхности резания происходит после ее полного рас-
прямления в промежутке между точками 4 и 5. Момент отрыва игл определяет вторую границу непосредственного контакта. Точное положение ее по фотографиям определить невозможно вследствие ускоренного движения игл. В точке 5 ускоренное движение игл прекращается. На фотографии, приведенной на рис. 2, хорошо просматривается участок, расположенный между точками 4 и 5. Здесь отчетливо видно ускоренное движение игл с образованием "свободного" пространства.
Рис. 2. Геометрические параметры зоны контакта
По результатам экспериментов построили зависимости размеров зоны контакта и деформации игл от режимов обработки. Они изображены на рис. 3-5.
Анализ графиков показывает, что из всех параметров обработки наибольшее влияние на размеры зоны контакта оказывает натяг (рис.3). С увеличением натяга монотонно увеличиваются угол начала касания иглы обрабатываемой поверхности а2 и суммарный угол от начала касания до выхода игл на обрабатываемую поверхность ак = а2+а4 .Такое влияние объясняется тем, что с увеличением натяга возрастают деформация игл и величина их внедрения в обрабатываемую поверхность. Наблюдается также некоторое уменьшение угла ускоренного движения игл (а5). На угол начала изгиба игл (а1) и угол начала их ускоренного движения (а4) натяг практически не воздействует.
Зависимости, приведенные на рис. 5, позволяют сделать вывод, что подача не изменяет размеров зоны контакта.
Рис. 3. Зависимость размеров зоны контакта иглофрезы с обрабатываемой поверхностью от величины натяга:
-е— аг, -А- - а2; -В- - а4^ - а5^ - ак Скорость резания (рис. 4) изменяет углы а2 и ак в меньшей степени, чем натяг. С её повышением указанные углы увеличиваются незначительно. Вместе с тем, углы начала изгиба (а1) и особенно ускоренного движения игл (а5) заметно возрастают. Последнее можно объяснить тем, что за одно и то же время при большей окружной скорости иглы проходят больший путь.
о 16
а 14
о
Ь
У.
з 10
= К
- 6 3
= 4
------е
-А-
О
0,5
ПО
,5 2,0 2,5 3.0 3,5 Скорость резания V, м/с
Рис. 4. Зависимость размеров зоны контакта иглофрезы с обрабатываемой поверхностью от скорости резания:
-е— а1; -А- - а2, -В- - - а^,^ - ак
Рис. 5. Зависимость размеров зоны контакта иглофрезы с обрабатываемой поверхностью от величины подачи:
-в— аь- -А- - а2; -0- - - а 5^ - ак
Правильность разделения зоны контакта иглофрезы с обрабатываемой поверхностью на участки, вывод об изменении степени деформации игл и соответствующее ей изменение величины переднего угла режущих элементов подтверждаются зависимостями, приведенными на рис. 6. Они имеют экстремальный характер и показывают величину переднего угла игл на границах указанных участков их контакта с обрабатываемой поверхностью.
Из графиков следует, что увеличение натяга приводит к уменьшению переднего угла режущих элементов. Причем меньшее его значение, независимо от величины натяга, соответствует ранее указанному положению режущей кромки, равному приблизительно 2/3 расстояния между точками 2 и 3.
Таким образом, иглофрезерованию свойственно: 1) существование трех зон контакта инструмента с заготовкой: зона предварительной деформации игл; зона непосредственного контакта с участками резания
Рис. 6. Изменение переднего угла игл по длине дуги контакта
и скольжения игл по обрабатываемой поверхности; 2) основное влияние на размеры зоны непосред-
зона ускоренного движения игл после отрыва от заго- ственного контакта оказывает натяг и в меньшей сте-товки; пени - скорость резания.
Библиографический список
1. Тумаш А.М. Влияние режимов иглофрезерной обработки деталей из алюминиевых сплавов на шероховатость поверхности // Повышение эксплуатационных свойств деталей машин и инструментов: сб. науч.тр. Иркутск, 1984. С.103-107.
2. Тумаш А.М. О зависимости съема и шероховатости поверхности при иглофрезеровании от технологических режи-
мов обработки // Повышение эксплуатационных свойств деталей машин и инструмента технологическими методами: сб. науч.тр. Иркутск, 1987. С. 41-47.
3. Промптов А.И., Тумаш А.М. Оптимизация режимов игло-фрезерования // Интенсификация и автоматизация отделоч-но-зачистной обработки деталей, машин и приборов: тез. докл. науч. конф. Ростов-на-Дону: РИСХМ, 1988. С. 51-52.
УДК 620.171: 621.039.548.58
ТЕХНОЛОГИЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РЕСУРСА ТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ НА ОСНОВЕ РЕСУРСНО-ПРОЧНОСТНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
А
А.П.Черепанов1
ОАО Ангарская нефтехимическая компания, 665830, Иркутская обл., г. Ангарск.
Технологический комплекс, включающий техническое диагностирование, компьютерную обработку его результатов, ресурсно-прочностные исследования и прогнозирование ресурса, направлен на создание технологического процесса, обеспечивающего качественное изготовление и безопасную эксплуатацию резервуаров, емкостей, теплообменников, аппаратов колонного типа, котлов, трубопроводов и др. технических устройств. Ил. 3. Библиогр. 7 назв.
Ключевые слова: безопасность; прочность; ресурс; техническое диагностирование; техническое устройство; экспертиза.
TECHNOLOGY TO FORECAST THE RESOURCE OF TECHNICAL DEVICES BASED ON RESOURCE-STRENGTH
STUDIES
A.P. Cherepanov
PLC Angarsk Petrochemical Company, Angarsk, Irkutsk region, 665830.
The technological complex that includes technical diagnosing, computer processing of its results, resource-strength researches and resource forecasting is aimed at the creation of the technological process, providing high-quality manufacturing and safe operation of reservoirs, tanks, heat exchangers, vertical vessels, boilers, pipings and other technical devices.
3 figures. 7 sources.
Key words: safety; strength; resource; technical diagnosing; technical device; expertise.
Ресурсно-прочностные исследования на основе данных технического диагностирования (ТД) в рамках представленной работы рассматриваются как часть технологического процесса, направленного на обеспечение безопасности технических устройств (ТУ), не имеющих элементов резервирования, в том числе резервуаров, сосудов, котлов, трубопроводов и т.п. ТД проводится в соответствии с Методическими указаниями по проведению диагностирования технического состояния и определению остаточного срока службы сосудов и аппаратов (РД 03-421-01) [1]. Результаты ТД, анализ эксплуатационной, конструкторской и ремонтной документации, расчетно-аналитические процедуры оценки прочности и ресурса на окончательном этапе обобщаются и отражаются в заключении экспертизы промышленной безопасности ТУ согласно
Правилам проведения экспертизы промышленной безопасности (ПБ 03-246-98) [2]. Резервуары, сосуды, аппараты, котлы, и др. ТУ являются самостоятельными изделиями, входящими в состав опасных производственных объектов, поэтому от их качества зависит промышленная и экологическая безопасность производств.
В работе Н.А.Махутова [3] отмечается, что резервуары, сосуды, котлы, трубопроводы и другие ТУ, несмотря на конструктивные особенности и различные технические параметры, можно отнести к одному классу объектов проектирования изготовления и эксплуатации и рассматривать с общих позиций обеспечения прочности и безопасности. Для проведения исследований рекомендована научно-методическая база, основанная на многокритериальной оценке запа-
1-
Черепанов Анатолий Петрович, кандидат технических наук, доцент кафедры машин и аппаратов химических производств Ангарской государственной технической академии, начальник отдела надежности и прочности, тел.: (3955) 576510, e-mail: [email protected]
Cherepanov Anatoly, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Machines and Apparatuses of Chemical Productions of Angarsk State Technical Academy, Head of the Department of Reliability and Strength, tel.: (3955) 576510, e-mail: [email protected]
