CC BY
47
УДК 621.99
ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НА ШЕРОХВАТОСТЬ ИЗДЕЛИЙ ПРИ ОБРАБОТКЕ ПЛАСТМАСС
Нгуен Ван Кыонг, Дао Тиен Той, Чинь Тхань Нга
Рассмотрены параметры, влияющих на шероховатость при точении пластмасс. Приведены расчеты по определению шероховатостей геометрическими соотношениями технологических параметров. Представлены результаты по точению пластмасс.
Ключевые слова: токарная обработка пластмасс, шероховатость.
При токарной обработке пластмасс на шероховатость изделий влияют многие факторы, такие как материал и геометрия резцов, режимы резания, износ режущих инструментов, режимы охлаждения. При точении термопласта можно достигнуть шероховатости Яа = 0,63 цт , а при точении термореактивных пластмасс при самых оптимальных условиях шероховатости - не более 5цт . Влияние материала режущих инструментов заключается в том, что он определяет возможный минимальный радиус при вершине и теплопроводности инструмента. Поэтому наилучшая шероховатость будет получена при точении алмазными резцами, имеющими радиус при вершине р = 1...3цт и наибольшую теплопроводность.
При точении термопластических и термореактивных пластмасс, влияние на шероховатость переднего и заднего углов резцов также разное, значения шероховатасти определяются экспериментально [1]. Низкая шероховатость обеспечена при пределах главного угла в плане ф = 30...600. По мере возрастания вспомогательного угла ф1 с 10 до 250 шероховатость поверхности увеличивается в 1,2 ...1,4 раз. Может также образовываться вибрация, увеличивающая высоту шероховатости [2]. Её влияние может снижаться, что отображается увеличении на радиуса при вершине резца. Применение смазочно-охлаждающей жидкости также снижает шероховатость, особенно при скорости V = 5...10м/с .
Глубина резания и скорость подачи на шероховатость существенного влияния не оказывают. При работе неровность поверхности оформляется по определенному правилу (принципу) из-за колебаний резца. Тем не менее, для каждого обрабатываемого материала можно установить скорость резания, обеспечивающую минимум неровностей.
Среди режущих параметров на шероховатость поверхности наибольшее влияние оказывает скорость подачи. При увеличении скорости подачи на 0,2...0,5мм/об наблюдается резкое увеличение неровностей поверхности.
Формирование микронеровностей Я2 при обработке пластмасс устанавливает общее правило, первоначальная форма изделия приблизительно определена исходя орбитального движения режущих резцов и установленных параметров. Различия между действительной формой изделия и первоначальной объясняется суммарным действием факторов: пластическая деформация лезвия, упругая деформация обрабатываемого материала в зоне обработки, трение, задняя поверхность резца, вибрация станка. Тепловыделение при обработке пластмасс также вызывает пластическое течение, ухудшающее качества поверхности.
Качество обработанной поверхности определяется шероховатостью поверхности и состоянием материала поверхностного слоя. Шероховатость обработанной поверхности характеризуется высотой и формой микронеровностей. Состояние материала поверхностного слоя определяется его упрочнением (наклепом), микроструктурой, величиной и знаком остаточных напряжений и глубиной их залегания. При изучении шероховатости поверхности микронеровности с методической точки зрения удобно делить на расчетные Я2р и действительные Я2 неровности [3-5]. Под расчетными
неровностями понимают такие, высота и форма которых могут быть определены геометрически при следующих допущениях:
1) обрабатываемый материал считается абсолютно недеформируе-
мым;
2) технологическая система - считается абсолютно жесткой;
3) лезвия инструмента представляют собой геометрические линии.
Действительные неровности или просто неровности - это те микронеровности, которые возникли на обработанной поверхности после прохода режущего инструмента. Высота неровностей аналитическому расчету не поддается. Ее можно измерить приборами, называемыми профилометрами и профилографами. Профилометры дают визуальный отсчет высоты неровностей, а профилографы (в определенном масштабе) вычерчивают микропрофиль поверхности.
Действительные неровности по форме и высоте отличаются от расчетных. На рис. 1 изображена типичная профилограмма обработанной поверхности при точении.
л
Рис. 1. Размеры реального профиля обработанной поверхности
357
Л2 = Л2р + АЛ2;
АЯ2 = И2 + И3 + И4 ,
где Я2 - высота неровностей профиля по десяти точкам, тм; АЯ2 - отклонение действительной высоты микронеровностей профиля обработанной поверхности Я2 по сравнению с расчетной Я2р, тм; И3, И4 - составляющие профиля шероховатости, соответственно колебаниями инструмента относительно обрабатываемой поверхности, пластическими деформациями в зоне контакта инструмента и заготовки, шероховатостью рабочих поверхностей инструмента; Я2р - теоретическая (расчетная) высота микронеровностей профиля обработанной поверхности, определяемая по аналитическим выражениям, полученным из геометрических соображений с учетом профиля формообразующей части режущего инструмента и траектории его движения относительно обрабатываемой заготовки, тм.
В начале XX века формирование шероховатости при чистовой механической обработке представляется как микронеровности, оставляемые на обработанной поверхности радиусной вершиной резца, а следовательно, для описания формируемой шероховатости использована формула Чебы-шева:
Л — тах
8г
На рис. 2 показан расчетный микропрофиль обработанной поверхности при черновом точении резцом без переходного лезвия. В данном случае можно пренебречь влиянием радиуса лезвия при большой глубине резания и подаче.
Рис. 2. Микропрофиль при продольном черновом точении
358
Видим, что расчетной высотой Rzp является линия рк треугольни-
ка тпр:
тр
mq
R-p - тр sin cpi;
а тп sin ф
о)
тп = 5.
sin Zmpq sin((p+q>i) sin(cp + cpi) Здесь ф - главный угол в плане; фр вспомогательный угол в плане.
Получаем:
¿singling)!
Kzp ~ -- • Kz)
Формула (2) пригодна для расчета Rzp при растачивании, сверлении, зенкеровании, строгании и фрезеровании торцевыми фрезами.
При чистовом (окончательном) точении расчет будет зависать от конкретных значений параметров. Рассмотрим 4 типичных случая [6]:
1) первый случай (рис. 3,а):
при Ф > Ф] и 5 > Г^Шф! + sincp) + r(C0S фj - COS9)ctg<Pi или ф < Ф1 и 5 > /'(sin ф^ + sin ф) + r(cos ф - cos ф! )ctgф имеем
--/ Ф1 Фч
тогда
R-p-
Sin(cp + Ср! )
(3)
а
б
в г
Рис. 3. Микропрофиль при продольном окончательном точении
359
2) второй случай (рис. 3, б): при 5 < r(sincpi +sincp) имеем
R-p -mh-r-oh,
тогда
R-p -r — oh-r-
\
2 s r -
4
3) третий случай (рис. 3, в): при 2rsin<p<s < r(sin(pi H-sin9) + r(cos9-cos91)ctg9 имеем:
R-p - pn sin (p;
Ф
Ф<Ф1
pn - o' pi + p\n-o}p - rctg9 + rtg — -oyp\
°lP -°}p +o'o\ -2o*pxo'oi xcos9.
Получаем:
о - 0 02 ~°1°2
r
oyp -2o'px
Л
sincp
/
sin9
cos ф +
sin9 )
— r = 0:
o'p - rctg9 - 5 cos ф + sin ф(2г - sin ф); гctgф + rtg^ - rctgф + 5 cos ф - yjs sin9(2r - sin9)
51Пф
или
Rzp = r(l - cos ф) + — sin 2ф - sin фyjs sin ф(2г - sin ф).
2P . " 2
4) четвертый случай (рис. 3,
(4)
И
(5)
(6)
И
S
R-p = r(l - cosФ1) + — sin 2ф! - sin ф! д/s sin ф! (2r - sin (p¡). (7)
г): при Ф>Ф1 2rsin9i < 5 < r(sin9i + sin<p) + г(со8ф^ - cos<p)ctg<pi имеем:
5 2
Рассмотрим процесс изготовления гидравлического вкладыша (рис. 4) точением с параметрами и режимом резания, соответствующими 2-му вышесказанному случаю.
К проведению испытания были приготовлены: материал заготовки - пластмасса Ecopur (thermoplastic polyurethane elastomer (TPU), HB 95-97), выпускаемая компанией ECONOMOS (Австрия).
Испытания проведены на токарном станке SKF SEAL - JET NG040, имеющем следующие характеристики: частота вращения шпинделя 0...4000 об/мин; мощность электродвигателя главного привода 15,2 кВт; наибольший диаметр обрабатываемого изделия 400 мм; максимальная длина точения 200 мм.
Рис. 4. Чертеж детали
Режим резания: подача ^ =0,25 мм; глубина резания ? = 1 мм; скорость V = 235 м/мин. Основные геометрические параметры режущего инструмента (резец 8КБ) перечислены в таблице.
Геометрические параметры режущего инструмента
Главный угол в плане ф° 90
Вспомогательный угол в плане ф° 60
Главный передний угол у° 15
Главный задний угол а° 8
Радиус при вершине, мм 0,4
Для замера шероховатостей использован профилометр Model SJ 400 компании Mitutoyo (Япония).
На рис. 5 показаны результаты измерения неровностей 3 испытательных образцов.
По формуле (4) получено расчетное значение неровностей Rz = 20 рм.
По результатам измерением профилометром, действительные значения неровностей составляются Rz = 18...22рм .
Рис. 5. Результаты измерения
Таким образом, шероховатость поверхности изделия при продольном точении зависит от сочетания режима резания и характеристик режущих инструментов: подача, главный и вспомогательный угол в плане, радиус при вершине лезвия. Величину шероховатостей можно предварительно рассчитывать с помощью уравнений геометрических соотношений технологических параметров. Эти уравнения позволяют определить детерминированную составляющую высоты микронеровностей при продольном и поперечном точении, а также при торцевом фрезеровании.
Список литературы
1. Штучный Б.П. Механическая обработка пластмасс: справочник. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1987. 152 с.
2. Bykov G.T., Yamnikov A.S., Yamnikova O.A., Dorokhin N.B. Vibrational Stability In Turning Thin-Walled Pipe By Multicutter Heads / Russian Engineering Research. 2010. Т. 30. № 3. С. 296-299.
3. Ямников А.С., Нгуен Ван Кыонг, Ямникова О. А. Влияние подачи и геометрии режущей кромки на расчетную шероховатость обработанной поверхности // Международная интернет-конференция по металлургии и металлообработке, 2014. 8 с.
4. Нгуен В.К., Кузнецов Е.Ю., Ямников А.С. Влияние износа резца на шероховатость обработанной поверхности // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2013. № 10. С. 33-37.
5. Нгуен В.К., Ямников А.С. Методология оптимизации режимов резания / Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2012. № 1. С. 56-63;
6. Ямников А.С., Кузнецов Е.Ю., Нгуен Ван Кыонг. Повышение эффективности точения фасонных деталей: монография. Тула. Изд-во ТулГУ. 2014. 157 с.
Нгуен Ван Кыонг, канд. техн. наук, nguyencuongautc. edu.vn, Вьетнам, Ханой, Университет транспорта и коммуникаций,
Дао Тиен Той, канд. техн. наук, daotientoiamail. ru, Вьетнам, Ханой, Технологический институт,
Чинь Тхань Нга, магистр, thanhngatrinh. ut@,gmail.com, Вьетнам, Хынг Иен, Педагогический технический институт
INFLUENCE OF TECHNOLOGICAL PARAMETERS ON THE ROUGH PRODUCT WHEN
PROCESSING PLASTIC
Nguyen Van Cuong, Dao Tien Toi, Trinh Thanh Nga
We consider the parameters affecting the surface roughness in turning plastics. Calculations to determine the roughness geometrical relationships of process parameters. The results for the chiseled plastics.
Key words: Turning plastic, roughness.
Nguyen Wang Kyong, candidate technical science, nguyencuong@,utc. edu. vn, Vietnam, Hanoi, University of transport and communications,
Dao Tiyen of Toi, candidate technical science, daotientoi@,mail. ru, Vietnam, Hanoi, Institute of technology,
Chin Tkhan Nga, magister, thanhngatrinh. ut@,gmail. com, Vietnam, Hyng of Yens, Teacher training technical college
