“Київський політехнічний інститут”

УДК 621.951.45

Бесарабець Юрій Йосипович

СПІРАЛЬНІ СВЕРДЛА З ПЕРЕРИВЧАСТИМИ

РІЗАЛЬНИМИ КРОМКАМИ

Спеціальність 05.03.01–

Процеси механічної обробки, верстати та інструменти

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ - 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі інструментального виробництва Національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут” Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор,

заслужений діяч науки і техніки України

Равська Наталія Сергіївна

Національний технічний Університет України “КПІ”, завідувач кафедри інструментального виробництва

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Матюха Петро Григорович,

Донецький Національний технічний університет, завідувач кафедри металорізальних верстатів та інструментів (м. Донецьк).

кандидат технічних наук, доцент

Виговський Георгій Миколайович,

Житомирський державний технологічний університет

(м. Житомир), проректор з науково-педагогічної роботи

Захист відбудеться “22”жовтня 2007 р. о 15-00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.002.11 при Національному технічному університеті України “КПІ” за адресою: Київ, проспект Перемоги, 37, ауд.214 головного корпусу.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного технічного університету України “КПІ” за адресою: м.Київ, пр. Премоги, 37.

Автореферат розісланий “21” вересня 2007 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

д.т.н., професор Майборода В.С.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Сучасний етап розвитку промислового виробництва характеризується високим рівнем автоматизації. В свою чергу автоматизоване виробництво викликає більш високі вимоги до працездатності і надійності інструмента, зокрема спіральних свердел, а також до збільшення концентрації операцій, тобто суміщенню попереднього й остаточного оброблення. Найбільш трудомістким і тому актуальним у цьому плані є оброблення отворів свердлами.

Незважаючи на те, що спіральні свердла були винайдені більше 100 років тому, процес свердління характеризується відносно низькою продуктивністю, що пояснюється як складністю самого процесу свердління, так і недосконалістю конструктивних і геометричних параметрів спірального свердла.

Ряд досліджень підтверджують вплив різних точок різальних кромок свердла на загальну працездатність.

Особливістю зносу спіральних свердел є нерівномірний знос по довжині різальної кромки. Головним чином спіральні свердла зношуються на периферії головної різальної кромки і в центральній зоні. При цьому доведений взаємний вплив цих зон на знос свердла в цілому.

Для того щоб знизити вплив різальних кромок центральної зони свердла на знос різальних кромок на периферії, були запропоновані різні способи удосконалювання конструкції свердел.

Проте, питання розподілу припуску вздовж різальних кромок свердла ніким не розглядались.

Дослідженнями Рудніка С.С., Жиліса В.І. та іншими доведено, що комбіновані ступінчасті свердла мають більшу стійкість, точність та меншу шорсткість поверхні. Недоліком таких свердел є те, що їх можна використовувати тільки для скрізних або ступінчатих отворів, а також певні технологічні труднощі в загостренні і перезагостренні.

Тому створення свердел, які дозволяють забезпечити більш раціональний перерозподіл припуску вздовж різальних кромок свердел, підвищуючи стійкість та забезпечуючи більш високу точність і зниження шорсткості оброблених отворів є актуальною науковою проблемою, що має велике практичне значення.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація виконана відповідно до тематичного плану науково-дослідних робіт Міністерства освіти і науки України і є частиною досліджень по держбюджетних темах № 2364 "Розробка теоретичних основ формоутворення поверхонь різальної частини інструментів" (№ держрегистрації 0100U000679) та “Узагальнена теорія визначення геометричних параметрів різального інструменту”, код КПКВ 2201020.

Мета і задачі дослідження. Мета дослідження полягає в розробці конструкції свердла з переривчастими різальними кромками, яка забезпечить підвищення стійкості інструмента, точності та зниження шорсткості оброблених отворів.

Для досягнення поставленої мети в процесі дослідження необхідно було вирішити наступні задачі:

- провести аналіз шляхів вдосконалення конструкції та підвищення працездатності спіральних свердел;

- на основі дослідження особливостей зносу свердел при свердлінні та розсвердленні розробити конструкції свердла з переривчастими різальними кромками;

- визначити допустимі співвідношення між діаметрами основної та додаткової різальними кромками на основі розподілу завантаження різальних кромок;

- визначити товщини зрізів свердел з переривчастими різальними кромками;

- розробити теорію визначення геометричних параметрів свердел нової конструкції;

- вирішити питання геометрії та технології виготовлення підточки перемички для забезпечення подрібнення стружки;

- розробити методику експериментальних досліджень на основі моделювання силових характеристик процесу свердління свердлами з переривчастими різальними кромками;

- на основі використання методу групового врахування аргументів синтезувати модель силових характеристик та визначити вплив змінних факторів на зусилля різання та крутний момент при свердлінні свердлами з переривчастими різальними кромками;

- провести порівняльні лабораторні випробування стійкості інструменту, точності та шорсткості оброблених отворів стандартними свердлами і свердлами нової конструкції;

- розробити рекомендації з вибору величин конструктивних елементів, геометричних параметрів різальної частини і режимів різання свердлами з переривчастими різальними кромками, вирішити питання з проектування та технології виготовлення свердел з переривчастим різальними кромками;

- провести промислові випробування свердел нової конструкції та передати в виробництво технічну документацію.

Об'єкт дослідження – осьовий інструмент.

Предмет дослідження – розробка нової конструкції спірального свердла.

Методи дослідження. Теоретичні дослідження базувалися на теорії різання металів, теорії проектування різальних інструментів, методах нарисної і аналітичної геометрії. Моделювання силових характеристикпо експериментальним даним з використанням одного із алгоритмів методу групового урахування аргументів. Експериментальна перевірка теоретичних досліджень проводилася по стандартних методиках, які моделюють процес обробки отворів спіральними свердлами. Достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій підтверджена порівняльними лабораторними і виробничими випробуваннями, метрологічними вимірюваннями, результати яких оброблялися з використанням методів теорії імовірності і статистики.

Наукова новизна отриманих результатів.

1. Створено теоретичні основи проектування комбінованих інструментів для обробки отворів, що працюють за горизонтальною схемою розподілу припуску між основними і додатковими різальними кромками, які реалізовані на прикладі нової конструкції свердла з переривчастими різальними кромками.

2. Розроблено теорію визначення геометричних параметрів свердел з переривчастими різальними кромками і геометрії їх підгостреної передньої поверхні.

3. На основі використання одного з алгоритмів методу групового обліку аргументів (МГУА) отримано математичні моделі силових характеристик процесу свердління, що зв'язують ці характеристики з основними конструктивними параметрами різальної частини свердел розглянутої конструкції.

4. Встановлено, що при роботі комбінованим осьовим інструментом з горизонтальною схемою розподілу припуску осьові зусилля найбільшою мірою залежать від величини , що визначає припуск під оброблення додатковою кромкою у взаємозв'язку з подачею, а на значення крутного моменту найбільше впливають параметри, збільшення яких викликає ріст сил тертя і активної довжини різальної кромки, а саме, ширина фаски на стрічці, кути, які визначають положення додаткової кромки, ширина перемички в тісному зв'язку з подачею й іншими параметрами.

Практичне значення отриманих результатів.

Розроблено нову конструкцію комбінованих свердел з переривчастими різальними кромками, яка об’єднує в собі операції свердління і зенкерування за горизонтальною схемою розподілу припуску. Розроблено рекомендації з проектування та умов експлуатації свердел нової конструкції.

Розроблено методики й алгоритми розрахунку геометричних параметрів свердла з додатковими різальними кромками.

Розроблено рекомендації і технологічні прийоми виготовлення свердел нової конструкції. Результати досліджень прийняті для впровадження у виробництві на ТОВ "Інструментальний завод" ВАТ "Київський верстатобудівний концерн" та заводі “Генератор”.

Результати роботи використовуються в курсі ”Різальний інструмент і інструментальне забезпечення автоматизованого виробництва”, що читається для студентів спеціальності ”Інструментальне виробництво ”НТУУ”КПІ” при виконанні курсових робіт та дипломних проектів.

Особистий внесок здобувача. Основна частина ідей, теоретичних розробок і експериментальних досліджень належать особисто автору. Постановка задач і аналіз результатів досліджень здійснювалися разом з науковим керівником.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації доповідалися й обговорювалися на науковій конференції:

міжнародна конференція ”Прогресивна техніка і технологія – 2001” (Севастополь 28.06 – 2.07.2001).

Дисертація обговорена і схвалена на засіданні кафедри інструментального виробництва НТУУ”КПІ” (протокол №15 від 30.05.2007р.).

Публікації за матеріалами дисертації. Результати дисертації опубліковані в 5 статтях та в тезах конференції.

Структура дисертації. Дисертація складається зі вступу, 6 глав, загальних висновків, списку використаних джерел і додатків.

Робота викладена на 170 сторінках машинописного тексту, містить 70 малюнків, 23 таблиці, список використаних джерел з 112 найменувань і 2 додатки на 16-ти сторінках.

ОСНОВИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність дисертаційної роботи, визначена мета, сформульовані завдання дослідження, показана наукова новизна та практичне значення одержаних результатів, подані відомості про апробацію, публікації та структуру дисертації.

У першому розділі виконано огляд літературних джерел по темі дисертаційної роботи і сформульовано її мету та задачі. Аналіз літературних даних показав, що дослідники весь час намагались вдосконалити конструкцію спірального свердла шляхом вдосконалення геометрії за рахунок різних підточок та різних форм різальної кромки, вдосконалення напрямляючи елементів. Відомі також ступінчасті свердла, але вони не отримали широкого застосування.

У другому розділі розглянуті види зносу свердел при свердлінні та розсвердленні, вплив різноманітних факторів на зусилля різання. На основі положення про взаємний вплив точок різальної кромки свердла та зменшення цього впливу запропоновано нову конструкцію спірального свердла (рис.1).

Рис.1. Спіральне свердло з переривчастими різальними кромками.

За допомогою загально відомих залежностей швидкості різання від стійкості свердла при свердлінні та розсвердленні було окреслено область шуканого співвідношення діаметрів додаткової та основної різальних кромок, виходячи з умови рівної стійкості основної і додаткової різальних кромок. Запропоновані залежності

D0,6 t0,2 =(D-2t)0,6 (1)

(2)

Підставляючи в ці залежності різні значення діаметрів свердла D і глибин різання t для додаткової різальної кромки, можна визначити область значень параметра t для свердел різних діаметрів

Поряд із глибиною різання на знос свердел впливає товщина зрізу. У загальному випадку товщина зрізу буде залежати від кута в плані і кута . На додатковій різальній кромці досліджуваного свердла кут 1 можна змінювати конструктивно при виготовленні свердла, а кут у плані буде залежати від геометричних параметрів основної різальної кромки.

Найбільш загальним випадком є розташування додаткової різальної кромки на потиличній площині і лінія перетинання задньої і потиличної площин кожного зуба свердла при двох площинному заточенні йде під кутом до головної різальної кромки і перетинає вісь свердла (рис.1).

Графічне визначення кута в плані 2 на додатковій різальній кромці ВС зображене на рис.2. Розглянуто випадок, коли свердло загострено по двох площинах. Лінія АK перетинання обох задніх площин зуба свердла йде під кутом до основної різальної кромки через вісь свердла. Тому положення прямої АK визначається в системі площин проекцій V/H кутом , який визначається по відомому співвідношенню:

(3)

Рис.2. Графічне визначення кута в плані на додатковій різальній кромці

Розглядаючи графічну побудову, можна одержати наступну залежність для підрахунку кута в плані 2 на додатковій різальній кромці:

(4)

де: - - кут в плані поперечної кромки.

Таким чином, у випадках, коли створюється додаткова різальна кромка на основі свердла, заточеного під кутом ц, кут у плані ц2 на цій кромці буде відмінним від кута в плані на основній різальній кромці і буде залежати як від інших геометричних параметрів основної кромки, так і від параметрів, що визначають положення додаткової різальної кромки: кути 1 і (рис.3).

Рис.3. Залежність кута в плані на додатковій кромці від кута в плані на основній кромці при різних кутах 1 і .

Товщина зрізу "а" на периферійній різальній кромці в досліджуваній її точці, яка розташована на радіусі Rx, розраховується по формулі:

(5)

На рис. 4 представлений графік зміни товщини зрізу вздовж основної і додаткової різальних кромок в досліджуваних межах глибини різання додаткової кромки. При цьому інші геометричні параметри були прийняті наступними: б=12є, ц=60є, =55є, е=5є, співвідношення діаметра серцевини до діаметра свердла d/D=0,18. Аналіз графіка показує, що навіть при негативних значеннях кута 1 товщина зрізу на додатковій різальній кромці менше ніж на основний.

Рис.4. Зміна товщини зрізу вздовж основної і додаткової різальних кромок.

Таким чином, зниження товщини зрізу "а" можна досягти шляхом вибору відповідних значень кутів 1 і , що приводить до зменшення кута при вершині 2 периферійні різальної кромки. При цьому кут 1 безпосередньо впливає на товщину зрізу на додатковій кромці.

В третьому розділі розглянуто визначення переднього і заднього кутів на додатковій різальній кромці. Показано, що передній кут на додатковій кромці залежить від конструктивних параметрів цієї кромки.

Передній кут в нормальному до різальної кромки перетині, проведеному в досліджуваній точці кромки, визначається по формулі:

(6)

де:

ц – кут у плані свердла;

По цій же формулі можуть бути визначені і нормальні передні кути на додатковій кромці з параметрами ц і , що відносяться до цієї кромки, тобто з кутом 1 і головним кутом у плані ц2, що визначається по залежності (4), коли додаткова кромка розташовується на потиличній площині.

Так як кут N2 на додатковій кромці залежить від геометричних і конструктивних параметрів основної і додаткової кромок, визначимо вплив цих параметрів на його значення.

На рис.5 наведено результати розрахунку переднього кута на додатковій різальній кромці і зміну його вздовж основної і додаткової кромок при різних конструктивних і геометричних параметрах свердла.

Рис.5. Зміна переднього кута вздовж основної і додаткової кромок при різних конструктивних і геометричних параметрах свердла

Таким чином, аналіз геометрії передньої поверхні свердел з переривчастими різальними кромками показує, що у свердел з кутом при вершині =120…160є на головній різальній кромці найменша зміна значення кута N2 вздовж додаткової різальної кромки забезпечується при 2=80є, 1=20є, =20є.

При розробці свердел з переривчастими різальними кромками, задача подрібнення стружки вирішується шляхом підточування поперечної різальної кромки і передньої поверхні на певній ділянці основної різальної кромки.

Аналіз зміни передніх кутів N по довжині головної різальної кромки показує, що для стандартного свердла з кутом =830, кутом в плані =120 і кутом нахилу стружкової канавки =30 на радіусі RX= 0,4R свердла спостерігається різке зменшення кута N від 0 до -30 (рис.5). Традиційне підточування змінює геометричні параметри тільки на вузькій ділянці центральної зони різальної частини свердла.

Рис.6 Характер зміни переднього кута вздовж різальної кромки після запропонованої підточки.

Тому, було запропоновано підточування центральної зони різальної частини свердла по площині. Таке підточування дозволяє в деякій мірі вирівняти характер зміни передніх кутів N, при чому, таким чином, що на всій довжині основної різальної кромки можна створити позитивні передні кути. На рис.6 представлено характер зміни переднього кута вздовж різальної кромки після запропонованої підточки.

Для реалізації запропонованої підточки виведено залежності для розрахунку кутів установки свердла в трьох поворотній головці:

(7)

(8)

Третій кут в цьому випадку дорівнює 0.

Величини статичних задніх кутів на додаткових різальних кромках залежать від розташування цих кромок на зубі свердла. При розташуванні додаткової різальної кромки на потиличній площині, величини задніх кутів a2 на цій кромці в циліндричному перетині, концентричному осі свердла, визначаються по формулі:

(9)

Рис.7. Залежність заднього кута a2 додаткової різальної кромки від геометрії основної кромки та кута .

Аналіз показує, що найбільш істотно на величину заднього кута a2 додаткової різальної кромки впливають кути a, ц, , і е.

Графічне представлення розрахунків за формулою (8) величин статичних задніх кутів a2 у циліндричному перетині, концентричному осі свердла, на додаткових кромках приведені на рис.7.

В четвертому розділі описано методику проведення експериментальних досліджень свердел нової конструкції. Метою експериментальних досліджень було з однієї сторони встановлення раціональних конструктивних параметрів свердел нової конструкції, з іншого боку – дослідження їхньої працездатності. Основним параметром, за яким оцінюється працездатність інструменту є стійкість інструмента.

Низкою робіт, проведених на кафедрі інструментального виробництва НТУУ "КПІ" показано, що силові характеристики можуть служити досить надійною оцінкою працездатності інструментів. Тому в основу визначення конструктивних характеристик свердел з переривчастими різальними кромками покладені експериментальні дослідження силових характеристик.

Після визначення конструктивних параметрів нової конструкції свердла на основі дослідження силових характеристик їх працездатність оцінювалась за результатами стійкісних випробувань. Таким чином, загальна методика експериментальних досліджень складається з двох частин:

- проведення силових експериментальних досліджень для побудови математичних моделей силових характеристик, за якими визначаються раціональні конструктивні параметри свердел і рекомендовані режими їх експлуатації;

- проведення стійкісних випробувань свердел нової конструкції в порівнянні за стандартними.

Наведено особливості виготовлення свердел з переривчастими різальними кромками.

Випробування проводилися на свердлах, виготовлених з попередньо шліфованих по зовнішньому діаметру заготовок зі стружковими канавками зі швидкорізальної сталі HSS (Р6М5) однієї партії, виготовлених на Вільнюському заводі свердел.

Основною метою моделювання силових характеристик при свердлінні свердлами з додатковими різальними кромками було отримання залежностей, що забезпечують обґрунтування призначення конструктивних параметрів і визначення раціональних режимів різання при свердлінні ними.

Ця задача зводилась до визначення функціональної залежності, що зв'язує вхідні фактори, що задаються, (режими різання, конструктивні елементи і геометричні параметри різальної частини) з обраними вихідними параметрами процесу (Рос і Мкр), тобто до побудови статистичної моделі, адекватної досліджуваному процесу свердління.

Рішення цієї задачі передбачає, насамперед, вибір методу моделювання і визначення границь зміни контрольованих змінних параметрів.

Серед безлічі методів і алгоритмів, що використовуються для моделювання процесів різання і процесів роботи різальних інструментів був обраний один з методів евристичної самоорганізації – метод групового урахування аргументів (МГУА). Цей метод призначений для моделювання на основі експериментальних даних багатофакторних об'єктів і процесів і широко випробуваний на кафедрі інструментального виробництва НТУУ "КПІ".

Так як, при моделюванні силових характеристик нової конструкції свердел необхідно було, насамперед , установити взаємозв'язок конструктивних параметрів, що визначають нову конструкцію і їхній зв'язок з режимами різання. З огляду на те, що теоретичні дослідження геометрії свердел з переривчастими різальними кромками показали, що зміна конструктивних параметрів впливає на величини кутів , , , , в якості контрольованих змінних були обрані тільки параметри, які характеризують конструкцію різальної частини, а також режими різання.

Таким чином, як змінні фактори для побудови моделі силових характеристик свердла нової конструкції були обрані:

- перевищення додаткової різальної кромки над основною ,мм (Х1);

- кут між проекцією основної різальної кромки на площину, перпендикулярну осі свердла, і лінією, що з'єднує центральну точку свердла з периферійною точкою додаткової різальної кромки , град. (Х2);

- передній кут N2 в периферійній точці додаткової різальної кромки в нормальному до неї перетині, що визначався перерахуванням по відомому куту 1 град. (Х3);

- відношення перевищення до глибини стружкової канавки додаткової різальної кромки, Kh=/Hкан (Х4), де Hкан – глибина стружкової канавки додаткової кромки;

- несиметричність основних різальних кромок, d, мм (Х5);

- ширина стрічки fл, мм (Х6);

- довжина поперечної різальної кромки, а, мм (Х7);

- швидкість різання V, м/хв (Х8);

- подача S, мм/об (Х9).

Межі зміни перемінних при дослідженні Рос і Мкр свердел з додатковими різальними кромками вибрані на основі аналізу літературних джерел, теоретичних досліджень і даних інших дослідників.

При експериментальних дослідженнях використовувався комп'ютерний комплекс розроблений на кафедрі інструментального виробництва НУТУ “КПІ”.

Результати моделювання та розроблені рекомендації для вибору конструктивних параметрів свердел нової конструкції перевірялись порівняльними випробуваннями свердел на стійкість, що проводилась за методикою прискорених випробувань.

У п’ятому розділі з використанням алгоритмів МГУА отримані математичні моделі силових характеристик процесу свердління та виконано їх аналіз.

Як показав досвід використання алгоритмів МГУА для одержання моделі процесів різання і роботи інструментів, цей простір треба задавати з урахуванням виду функцій, прийнятих для опису процесу. У різанні металів для опису залежностей, як стійкості інструмента, так і силових характеристик від режимів різання використовуються логарифмічні функції (простір ( )). Функції які з’єднують вихідні параметри зі змінними, що характеризують геометричні і конструктивні параметри інструмента або інші параметри технологічної системи, в загальному виді не відомі.

В результаті обробки експериментальних даних отримано моделі:

Для осьової сили:

lnPos=8.86+3.0910-1ln2()+7.0110-2ln2(а)+1.4310-2ln4(а)-

-4.1610-2ln2(а)ln2(S)+7.1610-3ln(d)ln4(а)ln(V)ln4(S)+

+9.7210-3ln4(а)ln(V)+4.7110-3ln()ln2(а)ln3(S)+

+2.8210-3ln()ln(d)ln4(а)ln4(S)+1.0310-4 ln()ln()ln(fл)ln2(а)ln3(S) ––

5.610-4ln()ln2(d)ln4(а)ln4(S) (10)

Для крутного моменту:

lnMkr=3.76+3.910-1ln(S) fл+2.6210-1fлln()+3.7710-31ln(а)+1.2510-1 dа–1.910-7(1)3fлln()ln(а)+6.0110-3(d)3(а)2V–2.0810-3fлln()(d)3(a)2V

dln(fл) +3.7910-51 (d)3(а)2Vln(a) ln()+4.1710-4ln(S) fлVS + 3.44 10-3 fлln(S) ln(d) ln(fл) (11)

Перевірка гіпотези про адекватність моделей експериментальним даним проводилася за критерієм Фішера з проведенням контрольних дослідів показала адекватність моделей досліджуваному процесу.

За результатами моделювання на основі досліджень впливу конструктивних параметрів на силові характеристики свердел з переривчастими різальними кромками, встановлено, що на значення силових характеристик, особливо на осьову силу, найбільше впливає припуск (глибина різання), що зрізується додатковою різальною кромкою.

На підставі дослідження впливу на значення силових характеристик, з урахуванням технологічності виготовлення свердел з переривчастими різальними кромками, розроблені рекомендації з вибору конструктивних параметрів різальної частини таких свердел, а саме:

- перевищення додаткової крайки над основною (0,045...0,1)D, де D – діаметр свердла;

- кут положення додаткової кромки =16;

- кут 1 додаткової кромки 5;

- коефіцієнт глибини стружкової канавки додаткової кромки КH=/Hкан у межах 0,8...1.

В шостому розділі викладені результати порівняльних лабораторно-промислових випробувань та експлуатації свердел нової конструкції.

Результати дослідження стійкості свердел у порівнянні зі стандартними показані на рис. 8.

Аналіз результатів випробувань показав, що параметр , який визначає припуск під свердління додатковою різальною кромкою рекомендується обирати в межах 1,3…2,6 мм, що узгоджується з дослідженнями силових характеристик (рис.8)

а) |

б)

Рис. 8 Залежність hз=f(N) при подачі S=0,28мм/об. а) – стандартне свердло і свердло з =1,3мм; б) – стандартне свердло і свердло з =2,6мм. 1- стандартне свердло V=22м/хв.; 2- стандартне свердло V=15,8м/хв.; 3- стандартне свердло V=11м/хв.; 4- досліджуване свердло, основна кромка V=22м/хв.; 5- досліджуване свердло, додаткова кромка V=22м/хв.; 6- досліджуване свердло, основна кромка V=15,8м/хв.;7- досліджуване свердло, додаткова кромка V=15,8м/хв.; 8- досліджуване свердло, основна кромка V=11м/хв.; 9- досліджуване свердло, додаткова кромка V=11м/хв.

Найбільший вплив на стійкість свердел здійснює подача. Експериментально підтверджено, що знос основної та допоміжної різальних кромок в процесі свердління відбувається більш рівномірно в порівнянні зі стандартними.

Проведені дослідження характеристик точності оброблених отворів (точність та відхилення від форми) проводились свердлами 28 при швидкості різання V=22м/хв, подачі S=0,28 мм/об. Результати цих досліджень показали, що при свердлінні 10-ти отворів спостерігається відхилення форми у стандартного свердла в межах 0,080,21 мм, а у свердел нової конструкції з =1,3 мм – 0,040,06 мм, та =2,6 – 0,0350,07 мм. Тобто, якщо знаходиться в рекомендованих межах , то впливу на точність практично не відбувається.

Аналіз круглограм отворів показав, що відхилення від круглості у стандартних свердел становить від 58 до 86мкм, а у свердел з =1,3 мм – від 30 до 51мкм та свердел з =2,6 мм – від 31 до 60мкм. При чому більші значення відхилень, як і відхилень по точності відповідають у стандартних і свердел нової конструкції на виході свердла з отвору.

Результати дослідження шорсткості для свердел 28 показали, що в межах зміни швидкості 15,822 м/хв найбільший вплив має подача (рис.9)

а)

б)

Рис.9. Профілограми шорсткості отворів в залежності від режимів оброблення

Таким чином при умові досягнення мінімальної шорсткості поверхні отвору слід рекомендувати режими різання V=22м/хв, та подачу S=0,28.

За розробленими в роботі рекомендаціями були виготовлені на підприємствах свердла діаметром 28 мм (ВАТ "Київський верстатобудівний завод") та діаметром 22 мм (завод “Генератор”).

Промислові випробування двох типів свердел 28 при V=22м/хв та подачі S=0,28мм/об показали підвищення стійкості в 1,71,9 рази в порівнянні зі стандартними. Випробування свердел 22 мм підтвердили результати лабораторних випробувань як по стійкості, так і по точності і шорсткості.

При випробуванні свердел 22 мм стійкість свердел нової конструкції збільшилася в 1,8 рази, точність – на два квалітети.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. Базуючись на теоретичних основах проектування осьового інструмента, що суміщає операції попереднього й остаточного оброблення отворів за горизонтальною схемою розподілу припуску, створена нова конструкція свердла з переривчастими різальними кромками, що забезпечує значне підвищення стійкості спірального свердла, підвищення точності оброблених отворів та зменшення їхньої шорсткості.

2. Вирішено питання розподілу припуску під оброблення між основною і додатковою різальними кромками.

3. Розроблено теорію визначення геометричних параметрів свердел з переривчастими різальними кромками, на основі якої:

- отримано залежності для розрахунку кутів у плані на додатковій різальній кромці;

- отримано залежності для розрахунку задніх і передніх кутів на додатковій різальній кромці.

4. . Показано, що найбільший вплив на значення нормального переднього кута гN2 на додатковій різальній кромці здійснюють кути і µ1, а на значення заднього кута 2 – геометричні параметри е, , , та кут .

5. Вирішену задачу підточування передньої поверхні свердла в центральній зоні. Отримані залежності для визначення геометричних параметрів підточування. Показано, що таким підточуванням можна створити більш сприятливий характер зміни переднього кута уздовж головної різальної кромки та забезпечити надійне подрібнення стружки. Отримані залежності для розрахунку кутів установки свердла при підточуванні передньої поверхні.

6. На основі одного з алгоритмів МГУА отримана математична модель силових характеристик свердел з переривчастими різальними кромками, адекватна досліджуваному процесу у вибраних межах досліджуваних факторів, що описує вплив конструктивних і режимних параметрів на осьову силу і крутний момент.

7. Експериментальними дослідженнями показано, що у свердла з переривчастими різальними кромками, у порівнянні зі стандартними, стійкість підвищується в 1,6-2 рази, точність отворів збільшується з 12-го квалітету до 10-9, шорсткість знижується з 6,73…8,84 мкм до 2,9-4,86 мкм, в залежності від режимів різання.

8. Показано, що силові характеристики процесу різання можуть використовуватися для визначення за ними раціональних конструктивних, геометричних і режимних параметрів роботи інструмента.

9. Розроблено рекомендації з вибору конструктивних і режимних параметрів свердел нової конструкції.

10. Промислові випробування свердел нової конструкції на операціях чорнової обробки отворів показали підвищення стійкості в 1,7-1,9 рази. Випробування свердел з переривчастими різальними кромками в умовах напівчистової обробки показали підвищення стійкості в разів, точності отворів з 12 квалітету до та зниження шорсткості з до . За результатами промислових випробувань свердла нової конструкції прийняті до впровадження.

СПИСОК ПРАЦЬ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Родин П.Р., Бесарабец Ю.И. Сверла с прерывистыми режущими кромками. Вестник НТУУ "КПИ" №32 Машиностроение 1997г., стр. 194-198. Дисертантом виконано патентний пошук та ґрунтовний опис нової конструкції.

2. Родин П.Р., Бесарабец Ю.И. Геометрические параметры режущей части при двухплоскостной заточке сверл с прерывистыми кромками. Вестник НТУУ "КПИ" №32 Машиностроение 1997г., стр. 79-83. Дисертантом виведені загальні залежності та проведено їх аналіз.

3. Бесарабец Ю.И. Геометрия подточенной передней поверхности сверла. Вестник НТУУ "КПИ" №36 Машиностроение Т.2 1999г., стр. 560-567.

4. Л.И. Ковалева, В.Г. Панчук, Бесарабец Ю.И. Определение конструктивных параметров сверла с прерывистыми режущими кромками. Вісник Житомирського інженерно-технологічного інституту.- Житомир: ЖІТІ вип.№15 – 2000р., с 66-70. Дисертантом виготовлені дослідні зразки, проведені випробування та аналіз отриманих залежностей.

5.Равская Н.С., Бесарабец Ю.И. Загрузка режущей части сверла с прерывистыми режущими кромками. Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем. Збірник наукових праць. - Краматорськ: ДДМА, вип.№17,2005.- с3-6. Дисертантом виведені загальні залежності та проведено їх аналіз.

6. Бесарабець Ю.Й Визначення конструктивних параметрів свердла з переривчастими ріжучими кромками - тези доповіді - ІІ Міжнародна конференція “Прогресивна техніка і технологія” 28 червня – 2 липня 2001р. Київ-Севастополь 2001.- стор. 83 – 84.

Анотація

Бесарабець Ю.Й. Спіральні свердла з переривчастими різальними кромками. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.03.01 – процеси механічної обробки, верстати та інструменти. Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, Київ - 2007 р.

Дисертація присвячена підвищенню експлуатаційних характеристик спіральних свердел шляхом введення додаткових різальних кромок і, таким чином, застосування горизонтальної схеми зрізання припуску. Розроблено методику визначення розподілу припуску під оброблення між основною і додатковою різальними кромками.

Розроблено теорію визначення геометричних параметрів свердел з переривчастими різальними кромками і нову методику підточки центральної зони свердла, яка забезпечує подрібнення стружки при обробленні конструкційних сталей.

З використанням одного з алгоритмів МГУА отримана математична модель силових характеристик свердел з переривчастими різальними кромками, що описує вплив конструктивних і режимних параметрів на осьову силу і крутний момент і що силові характеристики процесу різання можуть достатньо надійно використовуватись для визначення по них раціональних конструктивних, геометричних і режимних параметрів роботи інструмента, що було підтверджено результатами стійкісних та випробувань на точність.

На основі проведених досліджень розроблено рекомендації з вибору конструктивних і режимних параметрів свердел нової конструкції та технологічні особливості їх виготовлення.

Ключові слова: спіральне свердло, додаткова різальна кромка, горизонтальна схема розподілу припуску, математична модель.

Аннотация

Бесарабец Ю.И. Спиральные сверла с прерывистыми режущими кромками. – Рукопись.

Диссертационная работа посвящена разработке сверла с прерывистыми режущими кромками, обеспечивающими деление припуска между кромками и за счет этого повышение стойкости инструмента, точности изготовления отверстий и снижения шероховатости поверхности обработанных отверстий. Особенностью разработанной конструкции является то, что у него главная режущая кромка состоит из двух участков. Первый участок (основная кромка) работает как обыкновенное стандартное сверло. Второй участок (дополнительная кромка) производит рассверливание отверстия. Взаимное расположение этих кромок обеспечивает независимую их работу, что, соответственно, повышает их работоспособность. В работе из условия равномерности износа определены соотношения между диаметрами основной и дополнительной кромок, определены толщины срезов сверл такой конструкции.

Разработана теория определения геометрических параметров дополнительной режущей кромки. Показана их связь с геометрическими параметрами основной кромки и конструктивными параметрами расположения дополнительной режущей кромки. К ним относятся угол расположения периферийной точки дополнительной кромки относительно основной в горизонтальной плоскости и угол расположения дополнительной кромки по отношению к ее периферийной токе 1.

Решена задача обеспечения методом подточки положительных передних углов на основной кромке. Получены зависимости для определения геометрических параметров подточки. Показано, что такой подточкой можно создать более благоприятный характер изменения переднего угла вдоль главной режущей кромки и добиться более устойчивого стружкодробления при обработке конструкционных сталей. Решены технологические вопросы подточки передней поверхности. Получены зависимости для расчета углов установки сверла при подточке передней поверхности.

С использованием одного из алгоритмов МГУА получены математические модели силовых характеристик сверл с прерывистыми режущими кромками, адекватные изучаемому процессу в выбранных пределах переменных факторов, описывающие влияние конструктивных и режимных параметров на осевую силу и крутящий момент.

Статистическая обработка экспериментальных данных и контрольные опыты показали возможность использования полученных моделей для определения рациональных конструктивных, геометрических и режимных параметров работы инструмента.

На основании исследования математических моделей силовых характеристик сверления сверлами новой конструкции разработаны рекомендации по выбору конструктивных и геометрических параметров сверл.

Для подтверждения результатов моделирования о возможности определения геометрических, конструктивных параметров и режимов их работы по силовым характеристикам были проведены сравнительные экспериментальные исследования стандартных сверл и сверл новой конструкции. Лабораторные испытания показали повышение стойкости сверл с дополнительными режущими кромками в сравнении со стандартными в 1,6…2 раза в зависимости от режимов резания.

Показано, что точность отверстий, изготовленных сверлами новой конструкции выше и достигает 9 – 10-го квалитетов, в то время как максимальная точность отверстий, просверленных стандартным сверлом достигает 12-го квалитета.

Шероховатость поверхности отверстий, обработанных сверлами с прерывистыми режущими кромками в зависимости от режимов резания составляет 3,35…4,86 раза, а стандартными -

на ВАТ "Київський верстатобудівний концерн" и заводе “Генератор”.

Ключевые слова: сверло, дополнительная режущая кромка, горизонтальная схема срезания припуска, математическая модель.

The summary

Besarabets Ju.I. Spiral drills with faltering cutting edges. - Manuscript.

The dissertation is devoted to heightening of operating performances of spiral drills by introduction in a construction of a drill an additional cutting edges. Thus, the horizontal scheme of cutting of a rough is applied. It allows to unload a peripheral zone of a drill and to diminish mutual influence of points on length of the principal cutting edge of a drill. The technique of definition of loading of the basic and additional cutting crimps on depth of cutting and width of a cut is developed.

The theory is developed for definition of geometrical parameters of drills with faltering cutting edges and geometries of their undermined forward surface. The theory grinding a forward surface of a drill in the central zone is developed. Dependences for calculation of corners of installation of a drill are received at подточке a forward surface.

With use of one of algorithms of method group registration of arguments mathematical models of force performances of drills with the faltering cutting edges, describing influence of constructive and regime parameters on axial force and a torque are received.

By results of tool life and tolerance trials recommendations at the choice of constructive and regime parameters of drills of a new construction, and also technological features of their manufacture are developed.

The designed constructions of a drill with faltering cutting edges have passed industrial trials and are accepted to introduction on manufacture manufacture.

Keywords: a spiral drill, an additional cutting edge, the horizontal scheme of cutting of a rough, mathematical model.