Пачина А.В., Толстихин Д.С., Курицын Д.Н.
ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИИЗГОТОВЛЕНИЯ ШЛИЦЕВЫХ ОТВЕРСТИЙ ЗУБОДОЛБЛЕНИЕМ С ПРИМЕНЕНИЕМ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ *
Аннотация:
в данной статье рассматривается влияние ультразвуковых колебаний на точность обработки шлицевых отверстий методом зубодолбления
Ключевые слова:
УЗК, шлицевые отверстия, точность обработки, зубодолбление
В настоящее время авиастроение является одной из ведущих отраслей промышленности. От уровня развития технологий производства во многом зависит качество и надежность изделий, их себестоимость и конкурентоспособность. Одним из наиболее малопроизводительных, трудоемких и мало изученных процессов лезвийной обработки является процесс нарезания шлицевых соединений на авиационных деталях из труднообрабатываемых материалов. Несмотря на это, зубодолбление во многих случаях является единственно возможным процессом обработки, например, нарезание в упор. Операция зубодолбления занимает около 40…60% от общей трудоёмкости механообработки детали с шлицевым отверстием. При этом авиационные соединения требуют обеспечение повышенной точности сложных профилей, неизменных параметров качества поверхностного слоя, высокой надежности и усталостной прочности обработанных деталей. Выполнение данных условий требует применения жаропрочных и титановых сплавов, высокопрочных и жаростойких сталей. Применение этих материалов создает большие трудности, связанные с их лезвийной обработкой. Инструменты технологического аудита инструментального производства с применением анализа Парето и причинноследственных диаграмм показывают высокую степень важности технологических решений в области создания фасонных поверхностей с повышенными эксплуатационными требованиями [1]. При малой номенклатуре деталей и небольших партиях выпуска применение современного высокоточного станочного оборудования экономически не оправдано, приходится искать другие технологические решения. В настоящее время большое внимание уделяется исследованию процессов резания металлов с введением ультразвуковых колебаний (УЗК) в зону обработки. Ультразвуковая механическая обработка обладает большим количеством достоинств, но, несмотря на это технологические возможности и область применения данной технологии мало изучены. При наложении УЗК максимальная фактическая скорость резания материала может значительно превосходить скорости резания традиционных технологических процессов [2]. Данная особенность ультразвуковой механической обработки существенно влияет на качество нарезания шлицевых отверстий, а также стойкость режущего инструмента и она должна учитываться при назначении технологических режимов резания при заданных параметрах УЗК, при определенных условиях фактическая скорость резания может принимать и отрицательные значения, следовательно будет происходить отрыв передней поверхности инструмента от заготовки, и резание будет прерывистым, поэтому граничное условие отрыва определяется соотношением между Vузк и Vр (при Vp Vузк,max 1 – контакт непрерывный, а при Vp Vузк,max 1 – контакт прерывистый). Скоростной коэффициент характеризует условия контакта инструмента и заготовки, его можно определить отношением Кv Vузк Vp и обозначается KV. С возрастанием скоростного коэффициента относительное время контакта, в течение которого осуществляется процесс резания, увеличивается, и, следовательно, уменьшается время отрыва. Изменяя в определенном диапазоне режимы резания и ультразвуковые параметры, можно оптимизировать условия взаимодействия инструмента и заготовки, что тем самым позволит повысить эффективность применения УЗК в совокупности с традиционными способами обработки [3]. Исследования В.П. Егорова показали, что наложение ультразвуковых колебаний в процессе зубодолбления шлицевых отверстий приводит к снижению интенсивности износа зуборезного инструмента в период приработки и повышению периода нормального износа в 2,4…3,2 раза. Изготовление зубчатых колес с применением УЗК в процессе зубодолбления приводит к повышению производительности в связи с сокращением машинного времени на 28…30% [4]. В работе В.В. Емельянова представлены результаты исследований процесса зубодолбления зубчатых колес с наложением ультразвуковых колебаний на деталь. Отмечено, что введение УЗК амплитудой 3…5 мкм в зону резания повышает доступ охлаждающей жидкости в зону контакта заготовки и инструмента, снижает силы резания в 1,5…1,7 раза, незначительно повышает температуру в зоне резания (на 5…6%), что существенно не влияет на период стойкости инструмента. Уменьшение износа зуборезных долбяков позволило снизить шероховатость поверхности рабочих поверхностей зубьев с Rа = 1,25 до Rа = 0,63 мкм при одновременном повышении на 20…30% точности по параметру «колебания длины общей нормали» [5]. Существует два способа введения УЗК в зону резания: 1) наложение УЗК на режущий инструмент; 2) наложение УЗК на деталь. Для возникновения УЗК применяются магнитострикционные и пьезоэлектрические преобразователи. Для выполнения операций связанных с ультразвуковой обработкой зубчатых соединений необходима передача интенсивного ультразвукового воздействия от пьезоэлектрического преобразователя к заготовке. Это реализуется благодаря различным концентраторам. Главным недостатком применения таких преобразователей является необходимость создания специального шпинделя, в который был бы вмонтирован данный преобразователь. Эффективность работы ультразвуковой колебательной системы зависит от метода крепления и качества акустического контакта при соединении режущего инструмента и концентратора. При недостаточно полном акустическом контакте, вследствие потерь энергии, происходит интенсивный нагрев зоны крепления. При нарезании зубьев на зубодолбёжном станке в процессе ультразвуковой обработки используются четыре движения: вращение заготовки, вращение долбяка, осевые перемещения долбяка и заготовки вследствие ультразвуковых колебаний. Одним из важнейших показателей качества изготовления шлицевых отверстий в авиационной промышленности является шероховатость поверхностей эвольвентного профиля зубьев, поэтому остро стоит вопрос об исследовании данной характеристики. Шероховатость обработанных поверхностей шлицевых отверстий формируется под влиянием множества факторов: скорости резания, подачи, износа режущего инструмента, жесткости технологической системы, твердости материала инструмента и заготовки и их физико-механических свойств, а также ряда других случайных факторов. Используя известные зависимости [3] шероховатости поверхностей шлицевых отверстий от скорости резания и круговой подачи при зубодолблении, в среде графического программирования Matlab Simulink R2015b спроектирован и реализован модельный эксперимент определения значения шероховатости в двух случаях долбления шлицев: а) традиционное долбление шлицевого отверстия 0,38 0,21 4, 62 Ra S V кр р - без УЗК б) долбление шлицевого отверстия с применением УЗК 0,24 0,17 1, 26 Ra S V кр р - с применением УЗК Получены графики зависимости шероховатости от постоянной скорости резания, равной 0,5 м/сек и круговой подачи в диапазоне от 0,063 до 0,16 мм/дв.ход, представленные на рисунке 1.
Номер журнала Вестник науки №12 (33) том 4
Ссылка для цитирования:
Пачина А.В., Толстихин Д.С., Курицын Д.Н. ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИИЗГОТОВЛЕНИЯ ШЛИЦЕВЫХ ОТВЕРСТИЙ ЗУБОДОЛБЛЕНИЕМ С ПРИМЕНЕНИЕМ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ // Вестник науки №12 (33) том 4. С. 169 - 177. 2020 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/3967 (дата обращения: 17.05.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2020. 16+