Майданюк Сергій Володимирович Розробка конструкції відрізних фрез з різнонаправленими зубцями

Короткий опис

Майданюк Сергій Володимирович, асистент кафедри конструювання машин, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського». Назва дисертації: «Розробка конструкції відрізних фрез з різнонаправленими зубцями». Шифр та назва спеціальності 05.03.01 процеси механічної обробки, верстати та інструменти. Спецрада К14.052.02 Державного університету «Житомирська політехніка»

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ
"КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ ІМЕНІ ІГОРЯ СІКОРСЬКОГО"
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ЖИТОМИРСЬКА ПОЛІТЕХНІКА»
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Кваліфікаційна наукова
праця на правах рукопису
МАЙДАНЮК СЕРГІЙ ВОЛОДИМИРОВИЧ
УДК 621.914.28
ДИСЕРТАЦІЯ
РОЗРОБКА КОНСТРУКЦІЇ ВІДРІЗНИХ ФРЕЗ
З РІЗНОНАПРАВЛЕНИМИ ЗУБЦЯМИ
05.03.01 – Процеси механічної обробки, верстати та інструменти
13 – Механічна інженерія
Подається на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук
Дисертація містить результати власних досліджень. Використання ідей,
результатів і текстів інших авторів мають посилання на відповідне джерело
__________________ Майданюк С.В.
Науковий керівник Охріменко Олександр Анатолійович, доктор технічних
наук, доцент
Київ - 2021

ЗМІСТ
ПЕРЕЛІК УМОВНИХ СКОРОЧЕНЬ....................................................................19
ВСТУП......................................................................................................................21
РОЗДІЛ 1 АНАЛІЗ КОНСТРУКЦІЙ ТА ОБЛАСТІ ВИКОРИСТАННЯ
ДИСКОВИХ ВІДРІЗНИХ ФРЕЗ З РІЗНОНАПРАВЛЕНИМИ ЗУБЦЯМИ......27
1.1 Аналіз конструкцій відрізних фрез..........................................................28
1.1.1 Аналіз конструкцій різальної частини відрізних фрез..................29
1.1.2 Особливості роботи дискових відрізних фрез................................36
1.1.3 Шляхи удосконалення конструкції відрізної фрези ......................39
1.2 Особливості геометрії дискових відрізних фрез з
різнонаправленими зубцями....................................................................47
1.3 Завантаження відрізних фрез з різнонаправленими зубцями...............52
Мета та завдання дослідження.......................................................................55
РОЗДІЛ 2 РОЗРОБКА КОНСТРУКЦІЇ ДИСКОВОЇ ВІДРІЗНОЇ ФРЕЗИ
З РІЗНОНАПРАВЛЕНИМИ ЗУБЦЯМИ ..............................................................57
2.1 Конструкція відрізної фрези.....................................................................57
2.2 Геометричні параметри зубців фрези......................................................58
2.2.1 Визначення інструментальних геометричних параметрів............61
2.2.2 Взаємозв’язок інструментальних геометричних параметрів........66
2.3 Крок зубців відрізної фрези......................................................................72
2.3.1 Визначення кроку зубців фрези.......................................................73
2.3.2 Вплив конструктивних та геометричних параметрів на крок
зубців фрези.......................................................................................76
2.4 Форма та розміри стружкових канавок зубців .......................................81
Висновки до розділу 2.....................................................................................84
17
РОЗДІЛ 3 ГЕОМЕТРИЧНІ ПАРАМЕТРИ ДИСКОВОЇ ВІДРІЗНОЇ ФРЕЗИ
З РІЗНОНАПРАВЛЕНИМИ ЗУБЦЯМИ ..............................................................85
3.1 Визначення статичних геометричних параметрів..................................86
3.1.1 Визначення статичного кута нахилу кромки .................................89
3.1.2 Визначення статичного головного кута в плані.............................90
3.1.3 Визначення статичного переднього кута........................................91
3.1.4 Визначення статичного заднього кута ............................................93
3.2 Вплив конструктивних та геометричних параметрів на статичні
геометричні параметри фрези..................................................................94
Висновки до розділу 3.....................................................................................100
РОЗДІЛ 4 ЗАВАНТАЖЕННЯ РІЗАЛЬНОЇ ЧАСТИНИ ДИСКОВИХ
ВІДРІЗНИХ ФРЕЗ ...................................................................................................101
4.1 Методика визначення параметрів зрізуваного шару .............................103
4.2 Визначення параметрів зрізуваного шару за допомогою
3D моделювання в CAD системах...........................................................104
4.3 Визначення параметрів зрізуваного шару за допомогою
математичного моделювання...................................................................108
4.4 Вплив конструктивних розмірів та геометричних параметрів фрези
на завантаження різальної кромки ..........................................................114
4.5 Визначення граничних режимів оброблення..........................................119
4.5.1 Теоретичні залежності визначення подачі .....................................119
4.5.2 Теоретичні залежності визначення швидкості різання .................124
4.5.3 Визначення граничних значень режимів різання ..........................125
Висновки до розділу 4.....................................................................................130
РОЗДІЛ 5 МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСУ ВІДРІЗАННЯ
ТА ЛАБОРАТОРНО-ПРОМИСЛОВА ПЕРЕВІРКА...........................................131
5.1 Методика проведення досліджень...........................................................131
5.1.1 Вибір методу моделювання..............................................................131
5.1.2 План проведення досліджень...........................................................132
18
5.2 Підготовка інструмента для досліджень.................................................134
5.3 Проведення досліджень ............................................................................137
5.3.1 Вимірювання силових характеристик.............................................138
5.3.2 Вимірювання параметрів якості оброблення .................................141
5.4 Моделювання характеристик процесу різання.......................................143
5.4.1 Загальні положення...........................................................................143
5.4.2 Моделювання силових характеристик процесу відрізання ..........145
5.4.3 Моделювання параметрів якості оброблення при відрізанні .......147
5.5 Вплив характеристик процесу різання на силові характеристики
та якість оброблення.................................................................................149
5.5.1 Вплив на силові характеристики .....................................................149
5.5.2 Вплив на якість оброблення.............................................................155
5.6 Лабораторона перевірка результатів теоретичних досліджень............161
5.6.1 Рекомендації по вибору геометричних параметрів фрези
та режимів оброблення.....................................................................162
5.6.2 Лабораторні випробування...............................................................164
5.7 Промислова перевірка результатів теоретичних досліджень...............173
Висновки до розділу 5.....................................................................................175
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ ПО РОБОТІ ..................................................................177
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ...............................................................180
ДОДАТКИ................................................................................................................193

Список літератури

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ ПО РОБОТІ
1. На основі проведеного аналізу конструкцій, області використання, умов
роботи та завантаження різальної частини дискових відрізних фрез при
відрізанні металевих заготовок розроблено конструкцію дискової відрізної
фрези з різнонаправленими зубцями, яка забезпечує підвищення
продуктивності та якості обробки при відрізанні металевих заготовок, за
рахунок конструктивного виконання різальної частини інструмента за
прогресивною схемою різання, розташування поверхонь зубців для
забезпечення косокутного різання що забезпечує сприятливі умови для
процесу стружкоутворення та стружковідведення, зменшує сили різання та
підвищує якість оброблення.
2. У результаті досліджень геометричних параметрів дискових відрізних фрез з
різнонаправленими зубцями, з врахуванням умов експлуатації при відрізанні
металевих заготовок, встановлено, що геометричні параметри фрези в
процесі її роботи змінюються в межах допуску на виготовлення
геометричних параметрів, за рахунок того, що довжина різальної кромки
набагато менше діаметру фрези.
3. Розроблена методика визначення завантаження різальної частини дискових
відрізних фрез з різнонаправленими зубцями, яка дозволила дослідити
параметри зрізуваного шару в залежності від умов роботи інструмента, в
результаті чого встановлено, що:
– збільшення діаметра фрези викликає зменшення товщини та
збільшення довжини зрізуваного шару;
– збільшення кута в плані викликає зменшення товщини та довжини
зрізуваного шару;
– збільшення подачі викликає збільшення товщини зрізуваного шару.
Встановлено, що дискові відрізні фрези з різнонаправленими зубцями
працюють лише частиною різальної кромки, максимальна ширина
зрізуваного шару зубцем складає 55% від ширини. Доведено, що кількість
178
зубців, їх крок та розміри стружкової канавки дискової відрізної фрези з
різнонаправленими зубцями залежать від режимів оброблення,
геометричних параметрів фрези та розмірів заготовки.
4. З умови отримання поверхні деталі з мінімальним наклепом, при обробленні
дисковою відрізною фрезою з різнонаправленими зубцями при обробленні
металевих заготовок, з урахуванням їх конструктивних і геометричних
параметрів, визначено граничні значення режимів оброблення, за яких
будуть отримано поверхні найкращої якості:
– для сталі 45 – Szmax = {0,035...0,057мм/ зуб}, Vmax = {31,3...59,2м /хв};
– для Д16 – Szmax = {0,076...0,102мм/ зуб} , Vmax = {72,8...137,7м /хв}.
Аналіз режимів різання показує, що різальні зубці дискової відрізної фрези з
різнонаправленими зубцями витримають підвищені режими різання при
обробленні металевих заготовок.
5. Математичне моделювання методом групового врахування аргументів за
експериментальними даними процесу відрізання металевих заготовок
дисковими відрізними фрезами з різнонаправленими зубцями отримано
аналітичні залежності силових характеристик та параметрів якості
оброблених поверхонь.
Аналіз сил різання та шорсткості оброблених поверхонь показав, що:
– збільшення режимів різання викликає зменшення сил різання та
шорсткості;
– збільшення кута нахилу кромки, за абсолютним значенням, викликає
збільшення сили відтискання, шорсткості поверхонь та зменшення бокової
сили;
– збільшення кута в плані викликає зменшення сили відтискання та
бокової сили;
– збільшення заднього кута викликає збільшення шорсткості.
6. На основі аналізу аналітичних залежностей силових характеристик та
параметрів якості оброблених поверхонь при відрізанні дисковими
відрізними фрезами з різнонаправленими зубцями металевих заготовок
179
встановлено режими різання та геометричні параметри фрез, що
відповідають ним:
– для оброблення з найменшими зусиллями різання та шорсткістю
оброблених поверхонь: сталі 45 (V = 40 м/хв, 0,025 z S = мм/зуб),
Д16 (V = 400 м/хв, 0,03 z S = мм/зуб);
– для оброблення з певною шорсткістю оброблених поверхонь та
підвищеними режимами різання: сталі 45 (V = 40 м/хв, 0,05 z S = мм/зуб),
Д16 (V = 450 м/хв, 0,06 z S = мм/зуб), що забезпечують підвищення
продуктивності обробки в 2…2,25 рази.
7. 7. На підставі лабораторних випробувань встановлено, що при відрізанні
металевих заготовок дисковими відрізними фрезами з різнонаправленими
зубцями, в порівнянні зі стандартними фрезами:
– сили різання на 30-45% менші, а шорсткість поверхонь на 15-30%
менша;
– для підвищення продуктивності в 1,5-2 рази: сили різання на 15-30%
менші, а шорсткість оброблених поверхонь на 5-12% більша.
8. В результаті проведених випробувань отримали підвищення продуктивності
оброблення на 20–25% та якості оброблених поверхонь на 35–40% при
обробленні відрізними фрезами з різнонаправленими зубцями, в порівнянні
з фрезами стандартної конструкції, що використовуються на підприємстві.
9. Розроблено рекомендації щодо умов експлуатації дискових відрізних фрез з
різнонаправленими зубцями при відрізанні металевих заготовок, які
забезпечують підвищення продуктивності та якості обробки.