WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Барабанов Андрей Борисович ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ОБРАБОТКИ НА ОСНОВЕ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ КОНЦЕВЫХ ФРЕЗ СПОСОБОМ ТЕРМИЧЕСКИХ ДЕФОРМАЦИЙ Специальность 05.03.01.

Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2009

Работа выполнена на кафедре «Высокоэффективные технологии обработки» Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный технологический университет «Станкин» (ГОУ ВПО МГТУ «Станкин») Научный руководитель доктор технических наук, ст. научн. сотр.

Маслов Андрей Руффович Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор Петухов Юрий Евгеньевич кандидат технических наук, ст. научн. сотр.

Балков Виктор Павлович Ведущая организация ОАО «Уфимское моторостроительное производственное объединение» (УМПО), г. Уфа

Защита диссертации состоится « » октября 2009 г. в часов на заседании диссертационного совета Д. 212.142.01 в ГОУ ВПО МГТУ «Станкин» по адресу: 127994, ГСП-4, Москва, Вадковский пер., д. 3а

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО МГТУ «Станкин» Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения (организации), высылать по указанному адресу в диссертационный совет Д. 212.142.01.

Автореферат разослан « » сентября 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук М.А. Волосова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Прогрессивным методом изготовления прессформ и штампов из стальных заготовок и ряда деталей из легких и цветных сплавов является их фрезерование на 5-координатных станках с ЧПУ с большими скоростями резания (400-3000 м/мин) концевыми твердосплавными фрезами с цилиндрическими хвостовиками диаметром 3…32 мм. Для базирования и закрепления этих фрез в шпинделях станков применяют специальный вспомогательный инструмент.

Из-за малых величин подач (менее 0,005 мм/зуб) к вспомогательному инструменту предъявляются высокие требования по точности закрепления фрез (биение - 0,003 мм). Из-за высоких частот вращения (до 30 000 мин-1) необходимо, чтобы собранные комплекты инструмента имели малый остаточный дисбаланс (класс точности балансировки порядка G 6,3) и минимальные габариты. Рядом изготовителей для этих целей рекомендуется так называемый «термопатрон», обеспечивающий закрепление фрез способом термических деформаций.

Однако при этом отсутствуют объективные рекомендации по выбору конструктивных и размерных параметров вспомогательного инструмента для высокоскоростного фрезерования, нет сведений о материалах, из которых изготовлен термопатрон, о технологии его изготовления. Исследования производительности высокоскоростного фрезерования в зависимости от конструктивного варианта применяемого вспомогательного инструмента до настоящего времени не проводилась.

Перечисленные требования к вспомогательному инструменту и реальная ситуация с его применением и исследованиями показывают, что актуальным является повышение производительности высокоскоростного фрезерования на основе объективного выбора и совершенствования вспомогательного инструмента для закрепления концевых фрез.

Объект исследования. В качестве объекта исследования был использован вспомогательный инструмент нескольких конструктивных вариантов (рис.1) различных изготовителей, модели и опытные образцы инструмента, разработанные в настоящей работе, установки для нагрева изделий токами высокой частоты и 5-координатный станок с ЧПУ мод. С 800 U HERMLE (Германия).

Цель работы. Повышение производительности высокоскоростного фрезерования на основе совершенствования вспомогательного инструмента для закрепления концевых фрез способом термической деформации.

Научная новизна работы заключается:

– в системе критериев оценки качества вспомогательного инструмента Рис. 1. Конструктивные варианты вспомогательного инструмента а) цанговый патрон; б) втулка с конусом Морзе; в) патрон с прижимным винтом;

г) гидравлический патрон; д) термопатрон.

для закрепления концевых фрез на станках для высокоскоростного фрезерованияю. Установлены 7 критериев: точность базирования, жесткость закрепления, величина дисбаланса, габариты, коэффициент использования рабочего пространства станка, момент силы сборки - разборки комплекта инструмента и затраты времени на его обслуживание;

- в расчетных зависимостях по определению сил, возникающих при закреплении цилиндрического хвостовика концевой фрезы во вспомогательном инструменте, с учетом величины натяга в соединении термопатрон - фреза, длины этого соединения и толщины стенок термопатрона;

- в установлении для различных систем базирования и закрепления концевых фрез предельных значений производительности процесса фрезерования при заданной шероховатости обработанных поверхностей.

Практическая ценность работы заключается:

- в разработке методов расчета размеров и допускаемых отклонений на присоединительные поверхности вспомогательного инструмента, обеспечивающего закрепление фрез способом термической деформации;

- в доведении до инженерных решений рекомендаций по выбору материалов и размерных параметров деталей вспомогательного инструмента, предназначенного для закрепления фрез способом термической деформации;

- в разработке усовершенствованного вспомогательного инструмента и технологии его изготовления, что позволяет изготавливать его силами машиностроительных предприятий.

Методы исследования, достоверность и обоснованность результатов В теоретических исследованиях применены основные положения теории сопротивления материалов, теории режущего инструмента, теории размерных цепей и теории контактной жесткости. Для получения математической модели расчета сил, возникающих при закреплении цилиндрического хвостовика концевой фрезы во вспомогательном инструменте проводили эксперименты с применением ортогонального планирования второго порядка для трех независимых переменных, варьируемых на 5 уровнях. Достоверность результатов диссертационной работы подтверждается результатами и воспроизводимостью экспериментальных исследований, их корреляцией с данными других авторов, производственными испытаниями и апробацией полученных результатов в производственных условиях.

Положения, выносимые на защиту:

1. Система критериев определения наилучшего варианта сборки комплектов режущего и вспомогательного инструмента.

2. Модель расчета сил, возникающих при закреплении цилиндрического хвостовика концевой фрезы во вспомогательном инструменте способом термической деформации.

3. Установленные зависимости производительности обработки от конструктивных параметров средств базирования и закрепления концевых фрез при заданном параметре шероховатости обработанных поверхностей.

4. Разработанные рекомендации по выбору размеров, допускаемых отклонений на присоединительные поверхности вспомогательного инструмента и материалов для его изготовления для закрепления твердосплавных концевых фрез способом термической деформации с помощью токов высокой частоты.

Реализация работы Результаты работы использованы в проекте совершенствования инструментального хозяйства на ОАО «КП» (Красный Пролетарий), что позволило повысить производительности высокоскоростного фрезерования деталей из цветных сплавов на 20%.

Апробация результатов исследования. Материалы диссертации доложены на Международной конференции «Образование через науку» в МГТУ им. Н.Э.

Баумана в 2005 г., на Международной научно-технической конференции «Инструментальные системы машиностроительных производств» в ТулГУ в г.и на научно-методической конференции «Машиностроение – традиции и инновации» (МТИ – 08) в МГТУ «Станкин» в 2008 г.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 6 печатных работ, в том числе одна работа в журнале, входящем в перечень ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, библиографического списка из 97 наименований и приложений. Основная часть работы изложена на 125 страницах машинописного текста, содержит 50 рисунка и 15 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулирована цель, научные положения и результаты, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрены пути повышения производительности фрезерования за счет оптимизации конструкций инструмента и способы ее определения. Проведен обзор существующего вспомогательного инструмента и его классификация по способам базирования и закрепления фрез. Рассмотрены способы получения соединений, основанных на деформации деталей путем запрессовки или способом термической деформации. Проведен анализ работ по контактным деформациям в соединениях с гарантированным натягом.

Вопросам повышения производительности механообработки и снижения себестоимости получаемых в результате изделий за счет совершенствования элементов технологической системы «станок – вспомогательный инструмент – режущий инструмент – деталь» посвящено большое количество работ отечественных и зарубежных ученых.

Исследованиями в этой области занимались А.М. Дальский, В.С. Корсаков, Ю.Н. Кузнецов, В.И. Малыгин, А.С. Проников, Г.М. Рывкин, Т.К. Синельщикова, К.А. Украженко, Ю.Л. Фрумин, А.А. Шатилов, E Kocherovsky, I Popescu, T A Ribich, M Sadowy, R W Welk и др. Изучение тенденций в развитии средств базирования и закрепления концевых фрез на станках с ЧПУ и их классификация по конструктивным параметрам позволили сделать вывод, что традиционные конструкции вспомогательного инструмента не удовлетворяют ряду требований к высокоскоростному фрезерованию на станках с ЧПУ, а вновь применяемые конструкции недостаточно исследованы.

На основании аналитического обзора литературы сформулирована цель работы и поставлены следующие задачи:

1. Исследовать систему базирования и закрепления концевых фрез способом термической деформации для определения условий надежного закрепления цилиндрического хвостовика фрезы в термопатроне с требуемой точностью.

2. Разработать модель термопатрона для экспериментального определения его силовых характеристик.

3. Разработать промышленный образец вспомогательного инструмента для закрепления концевых фрез способом термической деформации с использованием токов высокой частоты.

4. Провести сравнительные производственные испытания конструктивных вариантов вспомогательного инструмента для высокоскоростного фрезерования концевыми фрезами.

5. Разработать рекомендации по конструированию и технологии изготовления вспомогательного инструмента для закрепления концевых фрез способом термической деформации.

6. Установить реальное повышение производительности высокоскоростного фрезерования конкретных деталей, на основе внедрения разработанных рекомендаций в промышленности.

Во второй главе проведено исследование соединения цилиндрического хвостовика фрезы с цилиндрическим отверстием термопатрона по посадке с натягом типа Н7/р6 или Н7/n6, образуемое в результате нагрева токами высокой частоты и последующего остывания. Концентрированное магнитное поле, образуемое многовитковым индуктором и изменяющееся с высокой частотой, создает вихревые токи в материале термопатрона, что обеспечивает нагрев узкой зоны зажимной части вспомогательного инструмента.

Хвостовик закрепляемой фрезы вставляется в расширенное отверстие зажимной части термопатрона (рис.2).

При охлаждении до комнатной температуры диаметр отверстия возвращается к нормальному размеру, при этом возникают контактные давления p (рис. 3).

В случае сборки с нагревом термопатрон (охватывающая деталь) должен быть нагрет до температуры,оС:

,(1) где Sсб – минимально необходимый зазор для сборки, м; Nmax – максимально допускаемый натяг, м; tсб– температура помещения сборки, оС; – коэффициент линейного расширения материала термопатрона при нагреве, 1/оС; d2 – наружный диаметр термопатрона, м.

Исходя из условия, что возникающие деформации должны быть упругими и не должны переходить в область упругопластических, натяг Nmax необходимо ограничить величиной, при которой еще от- Рис. 2. Основные параметры нагрева соединяемых деталей:

сутствуют пластические 1 – охватывающая деталь; 2 – охватываемая дедеформации. С другой стороны, таль; 3 – нагревательный элемент требуется создать минимальный натяг Nmin, необходимый для передачи внешних нагрузок Pос и Mкр.

Требуемое удельное контактное давление р, Н/м2:

,(2) где Мкр – крутящий момент, стремящийся повернуть фрезу относительно термопатрона, Н•м; l – длина контакта хвостовика фрезы и отверстия в в иермопатроне, м; fтр – коэффициент трения при установив-шемся процессе распрессовки; dн.с – номинальный диаметр сопряжения, м.

Рис. 3. Соединение с натягом после охлажВеличина минимального тредения охватывающей детали буемого натяга Nmin, [м], при условии, что d1 = 0:

, (3) где ; ш – поправка, учитывающая смятие шероховатостей контактных поверхностей при первичном закреплении:

, (4) Rz1 – высота микронеровностей на поверхности хвостовика фрезы; Rz2 – высота микронеровностей отверстия термопатрона; t – поправка, учитывающая различие рабочей температуры tdн.с. и температуры термопатрона :

, (5) 1, 2 – коэффициенты линейного расширения материалов фрезы и термопатрона; ц – поправка, учитывающая ослабление натяга под действием центробежных сил при вращении фрезы с термопатроном на станке:

, (6) где v – окружная скорость на наружной поверхности термопатрона, м/с; – плотность материала термопатрона, кг/м3; Е2 – модуль упругости термопатрона, ГПа; µ – коэффициент Пуассона (0,25…0,3).

Максимально допускаемое удельное контактное давление [pmax], при котором еще отсутствует пластическая деформация, определяется по формуле:

, (7) где т2 – предел текучести материала термопатрона, Н/м2.

На основе рассчитанных величин минимально требуемого и максимально допускаемого натягов установили геометрические параметры и размеры соединения хвостовика фрезы с термопатроном.

Для определения толщины стенки u рассчитывали тепловые напряжения (рис. 4):

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»