Введение к работе
Актуальность темы. Резьбовые поверхности широко применяются в производстве газотурбинных двигателей авиационного, энергетического, транспортного назначения для гражданской и военной сферы. Представители деталей, имеющие резьбовые отверстия: корпуса и корпусные элементы, диски, валы, блоки сопловых лопаток, элементы гидро-, пневмо- и топливной аппаратуры и др. Они имеют конструктивные особенности (габариты, массу, форму, тип базирования и прочие), различия в материалах, из которых они изготавливаются. Преимущественно это сплавы на титановой и никелевой основе. Резьбы отличаются размером номинального диаметра, длиной, профилем, величиной участка сбега резьбы (или его отсутствием), требованиями точности изготовления и расположения, качества поверхности. Объединяющими факторами являются: высокая точность, трудоемкость и себестоимость изготовления, а главное - недопустимость брака и высокая ответственность за жизни людей, эксплуатирующих данные машины.
В настоящее время обработку внутренней резьбы (за исключением гаек) осуществляют в большинстве числе случаев вручную комплектами метчиков на слесарных операциях. При ручном нарезании невозможно добиться высокой производительности, требуемой точности, стабильности и качества обработки.
Резьбофрезерование гребенчатыми фрезами является в настоящее время доступным альтернативным способом обработки резьбовых отверстий. Данный метод имеет перед всеми видами обработки резьбы ряд преимуществ, основными из которых являются: высокая производительность, точность и стабильность, поломка инструмента не является причиной возникновения брака, максимально исключен человеческий фактор.
При фрезеровании резьбы в заготовках из труднообрабатываемых материалов значения осевой и радиальной составляющих силы резания велики. Деформация инструмента является причиной конусности сформированной поверхности. Во избежание поломки инструмента и устранения конусности резьбовой поверхности применяется многопроходная обработка. В настоящее время отсутствуют научно обоснованные методики расчета необходимого количества проходов и соответствующих им значений глубины резания и подач, что приводит к необходимости назначения режимов резания опытным путем и требует привлечение высококвалифицированных специалистов и существенных материальных затрат. Все же в большинстве случаев не удается достичь наиболее оптимального результата. Поэтому разработка аналитической модели фрезерования внутренней резьбы гребенчатыми фрезами представляет собой решение актуальной задачи для теории и практики.
Цель работы. Повышение эффективности фрезерования гребенчатыми фрезами внутренней резьбы в деталях из труднообрабатываемых материалов.
Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:
-
Разработать кинематическую модель движения инструмента, учитывающуго угол конусности резьбы, разновысотность и разношаговость зубьев, угол наклона стружечной канавки фрезы.
-
Разработать функциональные зависимости для определения средних параметров сечения среза при многопроходной обработке.
-
Определить величины кинематических погрешностей обработки, учитывая геометрические характеристики резьбового профиля и износ фрезы.
-
Разработать функциональные зависимости для определения составляющих силы резания для рассматриваемого момента времени.
-
Разработать функциональные зависимости для определения величины деформации инструмента.
-
Разработать методику расчетного определения необходимого числа проходов и соответствующих им максимально допустимых значений подачи и глубины резания.
7. Осуществить экспериментальную проверку полученных результатов.
Методы исследования. Теоретические исследования проводились с
использованием фундаментальных положений механики, теорий резания и упругости, технологии машиностроения. Экспериментальные исследования выполнены в производственных и лабораторных условиях на специальном оборудовании с использованием системы автоматизированной фиксации экспериментальных данных. Достоверность научных выводов обеспечивается удовлетворительным согласованием расчетных и экспериментальных данных. При обработке экспериментальных данных использовались статистические методы.
На защиту выносятся:
-
Кинематическая модель движения режущих кромок гребенчатой фрезы, учитывающая угол конусности резьбы, разновысотность и разношаговость зубьев, угол наклона стружечной канавки фрезы.
-
Аналитическая модель определения средних параметров сечения среза (в том числе площади сечения) при многопроходном фрезеровании внутренней резьбы.
-
Аналитическая модель определения величины кинематических погрешностей обработки, учитывающая геометрические характеристики резьбового профиля и износ фрезы.
-
Аналитическая модель определения составляющих силы резания при фрезеровании резьбы гребенчатыми фрезами, учитывающая положений режущих лезвий относительно обрабатываемого отверстия.
-
Аналитическая модель определения величины деформаций гребенчатой фрезы в процессе резания.
-
Методика расчетного определения необходимого числа проходов и соответствующих им максимально допустимых значений подачи и глубины резания с учетом деформации инструмента и заданной точности резьбы.
Научная новизна. Разработана математическая модель обработки внутренней резьбы в деталях из труднообрабатываемых материалов гребенчатыми фрезами, в том числе:
-
Кинематическая модель движения режущих кромок гребенчатой фрезы, учитывающая разновысотность и разношаговость зубьев, угол конусности резьбы, угол наклона стружечной канавки.
-
Аналитическая модель определения средних параіиетров сечения среза (в том числе площади сечения) при фрезеровании внутренней резьбы, учитывающая геометрию отверстия под резьбу, сформированного на предыдущем проходе (для многопроходной обработки).
-
Аналитические зависимости для определения величин геометрических погрешностей произвольного резьбового профиля, связанных с кинематикой процесса резьбофрезерования гребенчатыми фрезами.
-
Аналитическая модель определения составляющих силы резания при фрезеровании резьбы гребенчатыми фрезами, позволяющая исследовать процесс изменения составляющих силы резания во времени при обработке внутренней резьбы в деталях из труднообрабатываемых материалов с учетом положений режущих лезвий относительно обрабатываемого отверстия.
-
Аналитическая модель определения величины деформаций гребенчатой фрезы в процессе резания, позволяющая построить упругую линию прогиба инструмента и исследовать процесс изменения величин крутильно-изгибных деформаций во времени, рассчитать геометрические характеристики сечения среза, составляющие силы и крутящий момент резания с учетом деформации инструмента.
Практическая значимость работы. На основе выполненных теоретических исследований разработана методика определения оптимальных условий резания при многопроходном фрезеровании гребенчатыми фрезами внутренней резьбы в деталях из труднообрабатываемых материалов, обеспечивающая достижение наибольшей производительности при заданной точности обработки.
Разработана программа для расчета необходимого количества проходов и соответствующих им максимально допустимых значений подачи и глубины резания с учетом деформации инструмента и заданной точности резьбы.
Реализация результатов работы. Основные положения диссертации предложены для внедрения на предприятии ОАО «НПО «Сатурн», ОАО «Сатурн - Газовые турбины», ЗАО «ВолгАэро» с целью повышение эффективности фрезерования гребенчатыми фрезами внутренней резьбы в деталях из труднообрабатываемых материалов, при разработке и оптимизации технологических операций.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации доложены и обсуждены на «Шестидесятая научно-техническая конференция студентов, магистров и аспирантов», Ярославль, 2007, на шестой всероссийской научно-технической конференции "Вузовская наука - региону", Вологда, 2008,
на всероссийской научно-технической конференции «Повышение эффективности механообработки на основе моделирования физических явлений», 2009.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ (тезисов докладов 5, статей 7) в различных журналах, сборниках научных трудов и материалах конференций.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованных источников и приложений. Общий объем работы 168 страниц, 59 рисунков, 5 таблиц, библиографический список содержит 95 наименований.
Похожие диссертации на Повышение эффективности фрезерования внутренней резьбы в деталях из труднообрабатываемых материалов
