Зависимость вида стружки и качества отверстия, получаемого при сверлении титанового сплава ВТ-3 Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.95:669.295

Д. с. млклшин

Омский государственный технический университет

ЗАВИСИМОСТЬ ВИДА СТРУЖКИ И КАЧЕСТВА ОТВЕРСТИЯ, ПОЛУЧАЕМОГО ПРИ СВЕРЛЕНИИ ТИТАНОВОГО СПЛАВА ВТ-3

Приведен анализ влияния геометрии режущей части сверла на качество поверхности при сверлении титанового сплава. Показано, что при сверлении материалов одного химического состава существует зависимость между отклонением от цилиндричности и видом получаемой при резании стружки. Установлена зависимость между среднеквадратичным отклонением профиля поверхности отверстия и видом подточки поперечной режущей кромки. Представленные результаты позволяют повысить качество обработки и уменьшить трудоемкость сверления титановых сплавов. Ключевые слова: сверление, сплавы титана, качество поверхности отверстия.

После сверления деталей из титановых сплавов, как правило, отверстие имеет отклонения, превышающие допустимые для корпусных деталей авиастроения. Поэтому сверление деталей из титановых сплавов связано с введением дополнительных операций чистовой обработки отверстий для достижения необходимого качества. Повышая качество отверстия сразу после сверления, уменьшается припуск на технологические операции для удаления рисок с поверхности детали и улучшения геометрии отверстия. С уменьшением съема металла после сверления уменьшается время последующей обработки, а при достижении необходимого качества отверстия сразу после сверления, можно исключить последующую обработку отверстия полностью.

Как показывает производственная практика, основной проблемой при сверлении является отвод стружки. Эта проблема связана с ограниченным пространством для отвода стружки между поверхностью стружечной канавки и поверхностью просверленного отверстия. Беспрепятственный отвод стружки зависит от процента заполнения стружкой стружечной канавки. При увеличении процента заполнения стружечной канавки ухудшается качество получаемого отверстия. Качество поверхности отверстия можно оценить по среднеквадратичному отклонению профиля поверхности отверстия Ra и отклонению от цилиндричности отверстия /У [1]. Стружка титанового сплава может быть сливной и элементной. Элементная стружка под высокой температурой сваривается и становится псевдосливной (рис. 1). Псевдосливная стружка оставляет глубокие риски на обработанной поверхности детали, что может объясняться высокой шероховатостью поверхности стружки контактирующей с обработанной поверхностью детали.

Условия экспериментов. Сверление отверстий для исследования влияния вида стружки на отклонение Ra и отклонение отверстия // проводилось на станке «FineTech», режущая часть сверел изготовлена на станке «Walter Mini Power», контроль полученных отверстий производился на контрольно-измерительной машине «Torylon Hobson». Для сверления использовались сверла диаметром 5 мм и биением режущий части относительно хвостовика 0,01 мм с двумя

Сливная стружка

Отеканиег

Элементная стружка

Срезание Сваривание^

jsd!

„С*с-<>

г*?

Рис. 1. Вид и образование стружки при сверлении титановых сплавов

типами геометрии режущей части сверла (табл. 1). Параметры сверла типа 1 определялись по ГОСТ 20694-75 [2]. Сверла цельные, изготовлены из твердого сплава 7075 фирмы Си1шпд. Материал обрабатываемой детали — титановый сплав Вт-3. Все эксперименты проводились с охлаждением СОЖ методом полива. Для получения сливной стружки сверление производилось на глубину Ь, равную 5с1 сверла, с циклом сверления по 2(5с1 и подачей 30 мм/мин, скоростью резания 4,71м/мин. Для получения псевдосливной стружки сверление производилось на глубину Ь, равную 5с1, с циклом сверления по 1,5с1, подачей 20 мм/мин, скоростью резания 7,1 м/мин.

Зависимость угла наклона винтовой канавки со сверла от отклонения Яа сверла типа 2 определялся экспериментально, для чего были просверлены отверстия сверлами типа 2 с углами со, равными 6°, 9°, 12°, 15°, 18° и 24°, на глубину Ь, равную 3,5<± Сверление производилось без цикла сверления с подачей 30 мм/мин, скоростью резания 4,71 м/мин. При угле со, менее 9°, стружка пакетируется и не выходит из отверстия. Отверстия, просверленные сверлами с углом со, равными от 9° и до 12°, характеризуются последовательным уменьшением отклонения Яа в 1,9...2,0раза. При увеличении утла со более 12° наблюдается увеличение шероховатости поверхности, которое может быть связано с трудностью отвода стружки сливного вида из отверстия из-за прессования стружки в стружечных канавках. Было выявлено, что оптимальный угол со составляет 12°. При этом значении достигается

Таблица 1

Геометрия режущей части сверел

Сверло Толщина сердцевины, мм Вид подточки поперечной режущей кромки Угол при вершине сверла 2ср,° Угол наклона канавки сверла ш(°

Тип 1 0,32d Подточка формы А (рис. 2) 140 32

Тип 2 0,20d Круговая подточка (рис. 3) 115 Выбирался экспериментально (рис. 4)

Рис. 2. Сверло с подточкой формы А передней поверхности

RQ,mk

Рис. 4. Зависимости среднеквадратичного отклонения профиля поверхности отверстия Иа от угла наклона винтовой канавки сверла со

Рис. 3. Сверло с круговой подточкой передней поверхности

Ra мкм 3,6

2,8 2А 1,6 0.8-

7"

(1 2(1 3с1 4(/ 5(1 мм

Рис. 5. Зависимость среднеквадратичного отклонения профиля поверхности отверстия Иа от глубины сверления Ь: 1 — сверло тип 1; 2 — сверло тип 2

минимальное отклонение Яа (рис. 4). Поэтому для сверла типа 2 выбран угол наклона винтовой канавки со, равный 12°.

Сверление можно разделить на 2 периода — врезание заборного конуса сверла и установившейся процесс резания, который достигается при полном входе в отверстие ленточек сверла. При врезании сверло центрируется в детали на поперечной и главных режущих кромках. Торцевое биение режущей части сверла при заточке увеличивает не симметричность подточки поперечной режущей кромки сверла, что негативно влияет на отклонение /У и Яа при периоде врезания.

При процессе врезания сверло типа 2 показало значительно меньшее отклонение Яа после сверления по сравнению со сверлом типа 1. Различная шероховатость поверхностей отверстий, полученных со сливной и псевдосливной стружкой, может объясняться разными видами подточки у сверла типа 1 и 2 (рис. 5). Круговая подточка имеет большую площадь опоры при врезании, поскольку соединяется с поперечной режущей кромкой 1 и главной режущей кромкой сверла 3 переходной поверхностью 2. Подточка формы А не имеет переходной поверхности и соответственно центрируется в детали слабее. У сверла типа 1 подточка формы А выбрана для улучшения дробления стружки благодаря подтачиванию главной режущей кромки по всей длине с образованием стружко-ломнойлунки.

При сверлении сверлом типа 1 во время врезания наблюдалось большее, чем на глубине Ь, равной 26,

А/,'

0,030 0,025 0,020 0,010 0,005

d 2d 3d U 5d L, мм

Рис. 6. Зависимость отклонения от цилиндричности /У от глубины сверления L: 1 — сверло тип 1; 2 — сверло тип 2

отклонение /У при входе сверла в отверстие (рис. 6). На глубине Ь, равной Зс1, при установившемся процессе резания отклонение /У при сверлении сверлом типа 1 увеличивается в 1,8...2 раза, в то время как сверлом типа 2 практически не изменяется. В дальнейшем различия отклонения // до глубины Ь, равной 56, продолжают увеличиваться. Это может объясняться увеличением температуры в зоне резания и соответственно большей длиной частичек псевдосливной стружки. Это также подтверждают работы других ученых [3,4]. Более длинные элементы стружки тяжелее выводятся из отверстия сверлом с канавкой, имеющей больший угол наклона щ, как у сверла типа 1. Это приводит к пакетированию стружки и увеличению величины отклонения // из-за повышения процента заполнения стружечной канавки. Зави-

симость между отклонением /У и глубиной Ь показывает, что отклонение /У имеет плавный вид при сверлении сверлом типа 2 в отличие от сверла типа 1 ,что говорит о более равномерном процессе резания. Таким образом, результаты исследования позволяют сделать следующее заключение: на глубине Ь, равной 5с1, сверло типа 2 показало меныпеев 1,8...2 раза отклонение /У на всей глубине отверстия, что позволяет уменьшить припуск на последующую чистовую операцию обработки отверстия. При сверлении сверлом 2-го типа отклонение Ла отверстия уменьшилось на глубине Ь, равной 5(1, в 2,5...3 раза, что может позволить полностью исключить операции чистовой обработки для достижения необходимой шероховатости поверхности отверстия.

Библиографический список

1. Виноградов, А. А. Физические основы процесса сверления труднообрабатываемых металлов твердосплавными сверлами / А. А. Виноградов. — Киев : Наукова думка, 1985. — 264 с.

2. ГОСТ 20694-75. Сверла спиральные с цилиндрическим хвостовиком для труднообрабатываемых материалов. Конструкция и размеры. - Введ. 1975-03-27. - М. :Изд-во стандартов, 1975. - 6 с. :ил.

3. Каратыгин, А. М. Обрабатываемость резанием жаропрочных и титановых сплавов / А. М. Каратыгин. — М. : Машгиз, 1960. - 240 с.

4. Wolfgang, Н. Wirtschaftliche Zerspanung von Leichtbaustrukturen durch den Einsatz innovativer Hartmetallschneidstoffe und Diamantbeschichtungen/H. Wolfgang//Hamburg:IPMT. - 2006. -№2. - P. 21-24.

МАКАШИН Дмитрий Сергеевич, инженер по наладке СПУ ОАО «Высокие технологии», аспирант кафедры «Металлорежущие станки и инструменты» Омского государственного технического университета. Адрес для переписки e-mail: dima.makashin@gmail. com

Статья поступила в редакцию 18.11.2010г. © Д. С. Макашин

УДК 621.01 621.865. 8 528.721.123 ф. Н. ПРИТЫКИН

Омский государственный технический университет

ГЕОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД АНАЛИЗА МГНОВЕННЫХ СОСТОЯНИЙ ЗВЕНЬЕВ ПЛОСКИХ МЕХАНИЗМОВ МАНИПУЛЯТОРОВ ПРИ ЗАДАННОЙ ТРАЕКТОРИИ ВЫХОДНОГО ЗВЕНА И НАЛИЧИИ ДВИГАТЕЛЬНОЙ ИЗБЫТОЧНОСТИ

В работе исследуются с помощью аналитических расчетов и геометрических построений мгновенные состояния плоских кинематических цепей механизмов роботов при заданной траектории выходного звена и наличии двигательной избыточности. Определены графическим методом области плоскости, задающие положения допустимых мгновенных центров вращений отдельных звеньев механизма. Исследованы геометрические параметры, задающие маневренность плоского семизвенного механизма манипулятора при наличии двигательной избыточности, возникающей в процессе синтеза движений по вектору скоростей.

Ключевые слова: плоские механизмы манипуляторов, геометрическая интерпретация мгновенных состояний механизмов роботов, избыточность при построении движений по вектору скоростей.

При анализе малых движений роботов одним из ключевых понятий является понятие о мгновенных состояниях исполнительных механизмов [1( 2]. Исследуем на основе графических построений на плоскости чертежа возможные мгновенные состояния плоских манипуляторов при заданной траектории выходного звена и заданном максимальном значении модуля вектора, который задает линейные скорости точек звеньев механизма. С геометрической точки зрения проведем анализ избыточности при построении движений.

Рассмотрим вначале произвол в задании мгновенных состояний незамкнутой плоской четырех-звенной кинематической цепи механизма манипулятора, которые удовлетворяют заданному движению выходного звена. При этом задано ограничение на модуль вектора, который задает максимально допустимые значения линейных скоростей точек звеньев механизма. Для этого построим положения мгновенных центров вращений (м. ц. в.) звеньев, данного исполнительного механизма манипулятора, для случая, когда движение центра выходного звена, совпа-