Full Text

В современном машиностроении процесс протягивания является высокопроизводительным методом обработки металла резанием и получения высокого качества обрабатываемой поверхности. По трудоемкости протягивание превосходит такие виды обработки, как фрезерование и шлифование. Получаемая шероховатость Ra ≤ 1,25, допуск размера ∆ = = 0,02 мм, отклонение прямолинейности по углу не более 5׳ [1]. Однако главной проблемой протягивания является применение протяжек из быстрорежущей стали и ограниченные скорости резания v ≈ 1,5…2 м/мин. Анализ литературных данных показывает, что этому вопросу уделяется недостаточное внимание. Применяемые методы и разработанные методики весьма трудоемки. Некоторые исследователи рекомендуют применять при протягивании низкие скорости резания (до 3 м/мин) при использовании как быстрорежущих, так и твердосплавных протяжек. В то же время Н.И. Жигалко, Н.И. Ковзель, Н.Ф. Пронкин, В.И. Белашков, А.Е. Вишняков, В.Ф. Скиженок, П.Г. Кацев и др. рекомендуют для труднообрабатываемых материалов повышенные скорости протягивания (до 30-50 м/мин) как быстрорежущими, так и твердосплавными протяжками [2, 3]. Общий анализ работ показал, что большинство работ выполнено в лабораторных условиях, на образцах обрабатываемых материалов, на станках-стендах и носит рекомендательный характер, не учитывающий конкретные производственные и технические условия, размеры и конфигурацию обрабатываемых деталей, мощность и жесткость применяемого оборудования и т.д. [4]. При выборе рациональной марки твердого сплава для напайных протяжек проведены предварительные испытания твердых сплавов марок ВК8, ВК6М, ВК10-ОМ, Т5К10 и Т15К6 на изгибную прочность, интенсивность адгезионного взаимодействия с обрабатываемыми материалами, величину износа и выкрашивания режущих кромок [5]. Рис. 1. Результаты сравнительных исследований различных марок твердых сплавов: а - по износостойкости ( - Т15К6, - Т5К10,- ВК6М, - ВК6 ОМ, - ВК10-ОМ, - ВК8); б - по адгезии к обрабатываемому материалу ( - ВК10-ОМ, - ВК8, - Т15К6); в - по изгибной прочности Анализ результатов стойкостных испытаний показал, что из рассмотренных твердых сплавов наибольшую стойкость имеют сплавы ВК10-ОМ и ВК8. Причем сплав ВК10-ОМ выкрашивался раньше, чем сплав ВК8, поэтому выбран твердый сплав марки ВК8 для протягивания. На сегодняшний день в отечественной и зарубежной промышленности при обработке жаропрочных и титановых сплавов (ВТ8, ВТ3-1, ЭИ 787ВД, ВЖЛ-14 и их аналогов) используются в основном протяжки из быстрорежущей стали, а также протяжки с напайными твердосплавными пластинами [6]. В то же время при точении, фрезеровании, сверлении широко применяются сборные режущие инструменты с неперетачиваемыми пластинами. Современный уровень сменных твердосплавных пластин позволяет более гибко подбирать режимы резания, увеличивать скорость резания при обработке лопаток компрессора из титана и жаропрочных сплавов. Решением этих проблем является применение сборных протяжек со сменными твердосплавными пластинами. Предлагаемые варианты имеют свои достоинства и недостатки. Сборные протяжки со сменными твердосплавными пластинами (v = 25 м/мин и более) Достоинства. Износ и выкрашивание кромки зуба требует не замены всей протяжки, а только замены пластины (или переустановки, так как пластина имеет восемь рабочих граней). Позволяют увеличить скорость резания. Позволяют обрабатывать труднообрабатываемые сплавы. Сменные твердосплавные пластины широко доступны, взаимозаменяемы (можно иметь несколько поставщиков). Позволяют постоянно совершенствовать процесс протягивания за счет подбора и внедрения более современных режущих пластин (улучшенный сплав, улучшенное покрытие и т.д.). Не требуют заточки и переточки пластин, что исключает наличие остаточных напряжений. Обеспечивают равномерность подачи на зуб. Многоразовое использование корпуса протяжки. Недостатки. Дороговизна и сложность изготовления самих протяжек. Требуют высокой точности обработки впадин под пластины. Таким образом, одним из путей повышения эффективности финишной механической обработки деталей ГТД является применение скоростного протягивания сборными протяжками со сменными твердосплавными пластинами. Для назначения рациональных геометрических параметров необходимо провести моделирование и расчет конструкции протяжки. Рис. 2. Распределение нагрузки на кромку режущей пластины при протягивании На рис. 2 рассмотрена схема распределения нагрузки на кромку режущей пластины. В данном случае сила действует по оси y, z, изгибающий момент Мизг. Расчет узла крепления выбранных пластин для титана и сталей с учетом действующих сил К проблемам использования твердосплавных режущих пластин можно отнести следующее: коэффициент трения между твердым сплавом и стальным корпусом значительно меньше, чем между быстрорежущей и конструкционной сталью [7]. Исходя из этого следует стремиться к такой форме крепления режущих элементов, при которой обеспечивается надежность закрепления. Для проведения экспериментальных исследований жесткости различных схем крепления пластин использовался вертикально-фрезерный станок HECKERT FSS 315 V/2. Рассматривались схемы крепления винтом сверху, методом косой тяги, клиновое крепление, напайное крепление, крепление силами упругой деформации и др. Измерение величины давления производилось при помощи протарированной динамометрической скобы с индикаторной головкой. Величина прогиба вершины резца измерялась при помощи индикаторной головки. При испытаниях наилучшие результаты показали образцы, методом крепления пластин которых были напайная конструкция и винтом. Окончательно выбранная схема крепления пластин к корпусу протяжки изображена на рис. 3. Рис. 3. Схема крепления выбранных пластин для титана и сталей с учетом действующих сил На рис. 3 представлен узел крепления твердосплавных многогранных пластин, оптимальный для действующих нагрузок на режущие кромки в процессе протягивания. В данном примере нагрузки компенсируются жесткими поверхностями корпуса протяжки, нагрузки на регулируемые или подвижные опоры отсутствуют. Крепление производится винтом сверху с утопающей головкой, что не препятствует движению протяжки, сходу стружки. Данный способ крепления пластины широко используется в режущих инструментах при сверлильных и фрезерных работах. Расчет протяжки предусматривает выбор оптимального наклона зубьев, переднего и заднего углов резания, размеров зуба и впадины, расчет Pz, Мизг, прочности резьбы на срез Тср, прочности резьбы на смятие σсм. Производим расчет протяжки согласно приведенной блок-схеме. Блок-схема № 1 Согласно расчету получаем: угол наклона зубьев ω = 0°, передний угол γ = 4°, задний угол α = 3°, площадь сечения впадины Fв = = 40 мм2, шаг протяжки t = 32 мм, глубина впадины h = 10,0 мм; радиус закругления впадины R = 3,5 мм и r = 3 мм [8]. Расчет необходимого усилия для закрепления сменных твердосплавных пластин на протяжке Производим расчет необходимого усилия для крепления пластин в протяжке согласно приведенной блок-схеме. Блок-схема № 2 Согласно расчету получаем: сила резания Pz = 428,8 H, изгибающий момент Мизг = 0,179 Н·м, прочность резьбы винта на срез Тср = 2,73 Н/мм < < [Тср], прочность резьбы на смятие σсм = 0,18 Н/мм < [σсм] [9]. Применяемый винт М3,5×8 выдерживает нагрузку, действующую на пластину (Мизг = 0,179 Н·м, Pz = 428,8 H) [10]. На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы: 1. Применение протяжек из быстрорежущей стали ограничивает процесс протягивания максимальной скоростью резания v = 1,5…2 м/мин. 2. Протяжки с напайными твердосплавными пластинами имеют следующие недостатки: износ одного зуба приводит к переточке всех зубьев или забраковке всей протяжки, наличие остаточных напряжений в пластинах после пайки и переточки зубьев. 3. Решением проблем современного протягивания является применение сборных протяжек со сменными твердосплавными пластинами. 4. В результате эксперимента найден оптимальный метод крепления твердосплавных пластин на протяжке. 5. Данное решение позволяет спроектировать и изготовить протяжки с обработкой замка одновременно с пяти сторон, что обеспечит экономию в размере 2 млн руб. в год.

About the authors

V. F Makarov

Perm National Research Polytechnic University

G. D Petukhov

Perm National Research Polytechnic University

References

Statistics

Views

Abstract - 56

PDF (Russian) - 49

Refbacks

• There are currently no refbacks.