Способ исследования обработки отверстий Советский патент 1992 года по МПК B23B49/00 

Изобретение относится к обработке металлов резанием и может быть использовано для определения шероховатости поверхности отверстий при их обработке инструментами, одностороннего резания (сверлами ВТА, эжекторными сверлами, расточными головками и др.),

Известны способы исследования обработки отверстий, проводимые на специализированных стендах, на которых выполнялась обработка заготовки в виде втулки, режущим элементом (лезвийным инструментом) и выглаживающим элементом. После измерения шероховатости поверхности отверстия устанавливалась зависимость шероховатости поверхности от исходной шероховатости поверхности (шероховатость поверхности, полученная лезвийным элементом, перед выглаживанием направляющим элементом методом пластичного деформирования), величиной нормального усилия прижима направляющего элемента инструмента к обрабатываемой поверхности, длиной и шириной направляющих, элементов, материалом заготовки, материалом твердого сплава, типом смазочно-охлажда- ющей технологической среды (СОТС), величиной подачи, скоростью резания.

Недостатками известных способов является высокая трудоемкость, сложность экспериментальных исследований и недостаточная точность.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предполагаемому изобретению является способ-прототип. Сущность известного способа заключается в том, что на специализированном стенде на базе токарного станка

vj Ч

О

4 О СП

выполняют обработку отверстия заготовки, являющейся втулкой, режущим элементом (резцом), а затем производят обработку выглаживающим элементом. На основе полученных экспериментальных данных устанавливают взаимосвязь между шероховатостью (R z) выглаженной направляющим элементом инструмента стенда поверхности и исходной шероховатостью (Rz) поверхности, твердостью (НВ) материала, усилием (N) прижима направляющего элемента, длиной (а) направляющего элемента, шириной (Ь) направляющего элемента, которая, например, при трении всухую выражается следующей эмпирической зависимостью:

R z 0,75RZ - 8.56

1

Н В

-Дт

-yDa-KT-R.

Эта зависимость принимается справедливой при определении шероховатости поверхности отверстий, обработанных реальным инструментом одностороннего резания.

Недостатками известного способа являются большие погрешности, временные и материальные затраты экспериментальных исследований. Способ, проведения экспериментальных исследований и известная конструкция стенда не обеспечивают достаточного соответствия моделируемого и реального процессов обработки из-за низкой точности сопряжения направляющего элемента с обрабатываемой поверхностью отверстия вследствие неизбежного прогиба борштанги, на которой расположен на- правляющий элемент. Кроме того, для обеспечения требуемой шероховатости инструментом с другими конструктивными параметрами в известном способе повторяют экспериментальные исследования, что приводит к большим временным и материальным затратам.

Целью изобретения является сокращение времени исследования и повышение точности определения шероховатости.

Первая указанная цель достигается за счет сокращения временных затрат на стадии подготовки экспериментальных исследований, т.к. в используемом специализированном стенде применяется стандартная контрольно-измерительная аппаратура, а так же за счет уменьшения времени экспериментальных исследований путем исключения необходимости повторения экспериментов при изменении конструктивных параметров инструмента. Это достигается тем, что в предлагаемом способе нормальные усилия прижима, связанные с

конструктивными параметрами разрабатываемого инструмента, определяются исходя из максимальных удельных давлений (сгтах), действующих на поверхность отверстия. В

свою очередь, шероховатость после пластических деформаций определяется исходной шероховатостью и величиной деформации микронеровностей. Величина деформации микронеровностей зависит

только от максимальных удельных давлений CTmax (Сопротивление материалов: Учебник для вузов /Под общ.ред. Г.С.Писа- ренко.-4-е изд. перераб. и доп.- Киев: В ища школа, 1979.- 696 с.). Полученная на специализированном стенде экспериментальная зависимость

Ra f(N)

и полученная авторами теоретическая зависимость

W f(N. DH, D3, б. Ь, а)

позволяют определить шероховатость поверхности отверстия без повторения экспериментов при изменении конструктивных параметров инструмента.

Вторая указанная цель достигается за

счет того, что в предлагаемом способе обеспечивается более полное приближение условий контакта направляющих элементов нового специализированного стенда с инверсной схемой обработки к условиям контакта направляющих элементов инструментов одностороннего резания для обработки глубоких отверстий, что приводит к повышению точности результатов экспериментов.

Кроме того, предлагаемый способ позволяет более полно исследовать и учесть влияние характера сопряжения инструмента и обрабатываемой поверхности на шероховатость обработанной поверхности за

счет учета диаметра окружности (DH), охватываемой направляющими элементами инструмента, диаметр заготовки (D3), равного диаметру отверстия (D0), и центрального угла ((5) между направляющими

элементами,

На фиг. 1 изображена принципиальная схема специализированного стенда (вид сверху); на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - конструкция основных узлов стенда,

вид слева; на фиг. 4 - конструкция основных узлов стенда, вид сверху; на фиг. 5 показан возможный характер сопряжения обрабатываемой заготовки 4 с направляющими элементами 10 корпуса прижима (инструмента) 5; на фиг. 6 графически пояснены конструктивные параметры, используемые при реализации способа; на фиг. 7 изображена номограмма определения шероховатости обработанной поверхности заготовки.

На фиг, 1 схематически изображены элементы механизма стенда: 1 - шпиндельный узел станка; 2 - суппорт станка; 3 - направляющие станины станка; 4 - заготовка; 5 - прижим.

На токарном станке вместо резцедержателя установлен четырехкомпонентный динамометр 6 модели УДМ-600 (см. фиг. 3). В резцедержателе динамометра установлена силовая муфта 17, которая закреплена с помощью державки 8. Силовая муфта электрически изолирована от корпуса динамометра 6 изоляционными прокладками 7, Державка 8 своим штыревым стопором 9 входит в профильный паз корпуса 5. Продольный паз корпуса прижима имеет форму кольцевого сектора. На корпусе прижима 5 установлены две группы направляющих элементов 10, взаимодействующих с цилиндрической поверхностью заготовки 4. Ролик 16, взаимодействующий с корпусом прижима, установлен на одном из концов пальца 18.

На другом конце пальца 18 установлен толкатель 29, осевое положение которого регулируется с помощью гайки 19 (см.фиг. 4), Электрические сигналы от тензодатчиков динамометра усиливает усилитель 13 модели ТА-5 и регистрируют шкальные приборы 14. Величину термо-ЭДС от термопары - твердосплавные пластины направляющих элементов и обрабатываемая заготовка, - фиксирует милливольтамперметр 15.

Направляющие элементы 10 (фиг. 5), расположенные на корпусе прижима 6, имитирующего на разработанном стенде корпус инструмента, сопрягается с заготовкой 4 на участках поверхности, ширина которых равна bi или 02, а длина - примерно равна а - длине направляющих элементов 10. На фиг. 5 для участков контакта направляющих элементов 10с заготовкой 4 показаны эпюры распределения удельных давлений и вектора максимальных удельных давлений (оЬзх, (Тта). величина которых определит шероховатость обработанной поверхности.

На фиг. 6 показаны геометрические параметры сопряжения направляющих элементов шириной (Ь) с обрабатываемой поверхностью: D3 - диаметр заготовки; DH- диаметр окружности, охватываемой направляющими элементами d - угол сопря0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

жения; д - центральный угол между направляющими элементами; Оз центр заготовки; Он - центр окружности, охватываемой направляющими элементами.

На фиг. 7 графически изображена зависимость шероховатости (Ra) от нормальных усилий (N) прижима направляющих элементов к обрабатываемой поверхности Ra f(N), которая получена для одного конкретного набора значений параметров D3, DH. 5, b, a. Для этого же набора параметров D3, DH, д, b, а изображена зависимость между максимальным удельным давлением (Отах) и нормальным усилием прижима (N) - 7max f(N). Тонкими линиями со стрелками показан один из способов(графический) построения зависимости шероховатости (Ra) обработанной поверхности от максимальных удельных давлений (Отзх) - Ra f(crma), которую получают на основании зависимостей (N)MOmax f(N}.

Сущность предлагаемого способа исследований представляет собой следующую последовательность приемов исследования.

Приемы исследования обработки отверстий:

1.Располагаем и закрепляем направляющие элементы инструмента на внутренней поверхности корпуса прижима, которую можно рассматривать как поверхность обрабатываемого отверстия при сопоставлении с известным способом исследования.

2.Обрабатываем рабочие поверхности направляющих элементов прижима.

3.Измеряем ширину в и длину а направляющих элементов, диаметр окружности Он, охватываемой направляющими элементами, и центральный угол д между направляющими элементами.

4.Выбираем режим обработки: подачу S, скорость резания v, а так же тип СОТС. Выбор осуществляем по литературным источникам, например, по следующему Общемашиностроительные нормативы времени и режимов резания на обработку глубоких отверстий (сверления, растачивания, развертывание и раскатывание). Среднесерийное, мелкосерийное и единичное производство. М.: Экономика, 1988. - 135 с.

5.Резанием со снятием стружки обрабатываем заготовку режущим элементом. Получаем реальный диаметр заготовки D3 и исходную шероховатость поверхности Раисх. Измеряем реальный диаметр заготовки D3.

6.Измеряем исходную шероховатость Rancx поверхности обработанной заготовки.

7.Воздействуем на корпус прижима нагрузочным устройством, определяем усилие прижима РПрИ рассчитываем нормальное усилие прижима N по формуле

N cos(d/2),

где д - центральный угол между направляющими элементами инструмента.

8.Осуществляем технологическую операцию обработки заготовки с установкой на станке выбранных параметров режима резания. Этот прием осуществляем в следующей последовательности: устанавливаем режим обработки (V. S), включаем подачу СОТС и производим обработку заготовки с нормальным усилием прижима (N1,1 1,2...., п, где п - количество экспериментальных опытов по определению шероховатости Rai).

9.Измеряем шероховатость обработанной поверхности профилографом - проф- илометров Ra.

Значение шероховатости Ra, соответствующее усилию прижима N, заносим в таблицу.

10.Изменяем величину усилия прижима (Nl, i 1,п) и повторяем действия пунктов 7, 8, 9 для нового нормального усилия прижима.

11.Получаем по разработанной методи- ке(Браилов А.Ю. Методика определения модели контролируемого параметра ГПМ (Одес.политехи.ин-т,- Одесса, 1988. - 20 с.: ил,- Библиогр.: 2 иазв.-Деп. в УкрНИИНТИ 29.06.88, Мг 2662 - УК 88) аналитическое выражение зависимости Ra - f(N). При необходимости построения номограммы для определения шероховатости строим график зависимости Ra f(N).

12.На основе данных результатов измерений (п.З и п.5) и применяя, полученную авторами аналитическую зависимость:

(W Ю3 106 а2 с2

где N - нормальное усилие прижима;

а - длина направляющих элементов;

с - коэффициент учета исходной шероховатости поверхности (выбирается по литературе Левина З.М., Решетов Д.Н. Контактная жесткость машин.- М.: Машиностроение, 1971.-264 с.);

а-угол сопряжения, который рассчитывается по формуле

а - -2 arcsin -2arcs,

sin

рассчитывают максимальное удельное давление (Jmax для задаваемых при эксперименте нормальных усилий прижима N и дя конкретных параметров (DH, 5, b, a, D3). При необходимости получения номограммы строят график

Omax f(N) ,

13.Устанавливаем на основе данных, определенных (полученных) в п. 9 и п.11,

зависимость Ra f(). Эта зависимость получается путем приведения в соответствие Ra и 7тах. полученных в п. 9 и п. 11 при одинаковых N и других параметров экспери- 5 ментальных исследований,

14.Для разрабатываемого инструмента с исходными данными N , Он , D3 , д Ь , & определяем Omax, используя аналитическую

зависимость

0,

/max 103 . 106 а2 с2

15.По расчетной величине . используя данные п. 13, т.е. по зависимости Ra f((7max)t определяем Ra, соответствующую конструктивным параметром разрабатываемого инструмента без проведения экспериментов. При этом принято, что

зависимость Ra - f(crmax) полученная с помощью специализированного стенда справедлива для прямой схемы обработки отверстий.

Практическая реализация способа прос гнозирования шероховатости выполнялась для разрабатываемого сверла ВТА со следующими параметрами: а 16 мм; b 5 мм: д 90°; Он 79,68 мм. Параметры заготовки: D3 79,57 мм; RaMcx 3,2 мкм; с 0.15. ТехнолоП гические условия: S0e 0,074 мм/об; v 40,6 м/мин; N 600 Н; СОТС МР-7. Применяя предложенный способ, получено значение шероховатости Ra 1,1 мкм. Экспериментальная проверка предложенного способа

- проводилась сверлами ВТА с твердосплав- ленными (ВК8) режущими элементами при сверлении глубоких отверстий диаметром 79,6 мм, глубиной 140 мм в стали 12ХНЗА на станке модели ОС 4005. В качестве СОТС

л использовалась смазочно-охлаждающэя жидкость МР-7. Замеры шероховатости поверхностей полученных отверстий в центральной измерительной лаборатории Шахтинского завода Гидропривод дали

55

значение шероховатости Ra 1.17 мкм, что соответствует относительной погрешности 4%.

Применение предлагаемого способа позволяет повысить точность определения шероховатости за счет учета характера со

пряжения направляющих элементов инструмента с поверхностью обрабатываемого отверстия и сократить количество экспериментальных опытов за счет исключения повторения экспериментов для нового набора конструктивных параметров инструмента.

Формула изобретения Способ исследования обработки отверстий, заключающийся в том, что предварительно производят обработку заготовки режущий и выглаживающим инструмен- тОми,измеряют шероховатость и устанавливают взаимосвязь между значением шероховатости, режимами обработки режущим и выглаживающим инструментами.

0

5

геометрическими параметрами выглаживающего инструмента и величиной усилия прижима выглаживающего инструмента, о т- личающийся тем, что, с целью повышения точности определения шероховатости и упрощения, производят предварительную обработку наружной поверхности заготовки с диаметром, равным заданному диаметру отверстия, режущим и выглаживающим инструментами, а величину усилия прижима выглаживающего инструмента при обработке отверстия определяют по максимальному удельному давлению направляющих элементов выглаживающего инструмента при обработке наружной поверхности заготовки.

Способ используется при обработке металлов резанием для определения шероховатости поверхности, которая будет получена разрабатываемым инструментом (сверлами БТА, эжекторными сверлами, расточным инструментом и др.). Обработку внутренней поверхности заменяют наружной, а нормальные усилия прижима направляющих элементов инструмента, для обработки отверстий определяют по максимальному удельному давлению, полученному для направляющих элементов специализированного стенда. 7 ил. СО с

А-А

г /ь

Фие.1

4

fti.6

Фиг. 5

N