Файл: 1 Анализ способов обработки глубоких отверстий, конструкций инструментов для глубокого сверления, сил, действующих на сверло, факторов, оказывающих влияние на силы, моделей контакта при трении.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 12.12.2023
Просмотров: 122
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
q к модулю упругости пропорциональное нормальной нагрузке N.
Зависимость величины относительной площади касания от контурного удельного давления
радиуса единичного выступа r, максимальной высоты неровностей 
и модуля упругости Е показана на рис. 27.
Рисунок 16–Влияние отдельных параметров на относительную площадь касания
Выводы
1. Анализ известных работ показывает, что вопросы повышения интенсивности обработки глубоких отверстий ранее рассматривались без учета специфики операции.
2. Ряд вопросов построения режимов, конструкции инструмента и оснастки ранее не рассматривался.
1.5 Цели и задачи исследования
Проведенный литературный обзор позволяет сформулировать цель работы: Разработка и исследование методов повышения износостойкости сверл малого диаметра.
Для достижения указанной цели необходимо поставить следующие задачи исследования, подлежащие решению в данной работе:
1. Установить закономерность влияния топологии направляющих поверхностей сверла на фактическую площадь контакта, маслоемкость стыка с обрабатываемым отверстием и износостойкость сверлильных головок.
2. Предложить методику проектирования направляющих поверхностей сверла и обрабатываемого отверстия при глубоком сверлении с определением фактической площади контакта, учитывающую режимы резания и направление неровностей направляющих поверхностей.
3. Установить зависимости для оценки фактической площади контакта применительно к взаимодействию направляющих сверла и обрабатываемого отверстия при глубоком сверлении с учетом режимов резания и направлений неровностей направляющих поверхностей.
4. Экспериментально подтвердить правомерность полученных зависимостей для повышения износостойкости инструмента для глубокого сверления.
2 Теоретические исследования взаимодействия направляющих поверхностей сверла и обрабатываемого отверстия при глубоком сверлении деталей
2.1 Формулировка рабочих гипотез и методика исследований
Глубокое сверление является специфической технологической операцией, широко применяемой в современном производстве, для проведения которой требуется создание специального инструмента, оснастки и оборудования. Тяжелые условия сверления заставляют работать корпус сверла, режущие и направляющие элементы с высокими напряжениями, приводящими в конечном итоге к износу сверла [13]. Интенсивность изнашивания твердосплавного инструмента существенно определяется коэффициентом трения, контактными напряжениями, температурой резания, свойствами обрабатываемого и инструментального материалов и т.д. Контактными характеристиками, в значительной мере влияющими на эксплутационные свойства соединения направляющий элемент – обрабатываемое отверстие, являются сближение шероховатых поверхностей, фактическая площадь контакта и объем зазоров в стыке, которые находятся в определенной взаимозависимости и определяются параметрами микрогеометрии и величиной сжимающих напряжений.
Для нахождения путей решения поставленных в главе 1.5 задач были сформулированы следующие рабочие гипотезы:
1. Интенсивность изнашивания направляющих и сверлильной головки в целом зависит от топологии направляющих поверхностей.
2. Фактическая площадь контакта направляющих поверхностей сверла и маслоемкость стыка с обрабатываемым отверстием зависят от направления микронеровностей направляющих.
3. Возможно создание инструмента с повышенной износостойкостью направляющих поверхностей и сверлильной головки и сверла в целом.
Для проверки рабочих гипотез были разработаны новые средства их реализующие:
- поверхностей, полученных шлифованием и лезвийной обработкой с учетом маслоемкости в зоне контакта,
- направляющих поверхностей сверла и обрабатываемого отверстия с учетом режимов резания и направлений неровностей направляющих поверхностей.
Для определения влияния параметров шероховатости поверхности с различными направлениями неровностей на эксплуатационные показателями пары трения в работе производили изнашивание образцов по схеме трения скольжения колодка – ролик. Наиболее плавное изменение износа наблюдается для сочетания скрещивающегося и перпендикулярного взаимодействия микрорельефов, которое характеризуется наименьшим износом образцов.
Далее была рассмотрена возможность создания инструмента с направленным микрорельефом поверхности направляющих и отработаны режимы подготовки инструмента. Существующий на ПАО «НЛМК» и ОАО «Гидропривод» станочный парк не позволял это сделать. Поэтому на базе станка для заточки фрезерных головок 3Б 667 было создано устройство для шлифования направляющих сверлильных головок, позволяющее наносить на поверхность направляющих микрорельеф, имеющий направленность по отношению к оси сверла и при высверливании глубоких отверстий не совпадающий с направлением следов обработки поверхности обрабатываемого отверстия (глава 3).
Производственные испытания такого инструмента показали, что сверлильные головки с перпендикулярным микрорельефом направляющих параллельным оси сверла и скрещивающимся под углом 45º микрорельефом характеризуются более высокой стойкостью, чем головки с параллельным микрорельефом перпендикулярным оси сверла.
2.2 Зависимость фактической площади контакта направляющих от направления микронеровностей и подачи сверла
Для выражения площади контакта более удобными являются безразмерные величины, приведенные в работе [62], а именно относительная площадь контакта:
, (2.1)
где
,
- константы микрогеометрии поверхности,
= 0,1 – коэффициент, зависящий от 
= 5, 
= 2 - значения коэффициентов для определенного вида обработки
( = 5 – шлифование, = 2 – точение),
= 3, 
= 2 - значения коэффициентов для определенного вида обработки
( = 3 – шлифование,
= 2 – точение),
- величина сближения,
- высота максимального выступа.
Воспользовавшись распределением параметров шероховатости по площади поверхности с учетом анизотропии направлений неровностей полученным на основании теоретических исследований [50]:
(2.2)
где
- значение параметра 
микрорельефа, имеющего направленность под углом 
к направлению измерения;
разность между максимальным и минимальным значениями параметров шероховатости.
Получаем:
(2.3)
Известно [62] определенное соотношение площадей контакта
, (2.4)
где
- фактическая площадь контакта, 
- контурная площадь контакта.
Контурную площадь контакта определяем по уравнению, представленному в работе [62]
, (2.5)
где
= 2,4 
= 3 – коэффициенты, зависящие от распределения волн по высоте,
- номинальная площадь контакта,
= 0,85 
= 2,6 – коэффициенты, учитывающие влияние шероховатости на деформацию волн,
- высота волн микронеровностей, соизмеримая с высотой шероховатости.
- значение параметра шероховатости для определенного вида обработки принимаемое по табл. 3 [61]
, (2.6)
где
- модуль упругости материала,
- коэффициент Пуассона,
- значение удельной нагрузки.
Получим:
. (2.7)
Применительно к взаимодействию поверхности направляющих элементов с поверхностью обрабатываемого отверстия, подставляя в (2.7) значения коэффициентов
,
,
,
,
выбираемых у Крагельского контактирующих поверхностей, получим:
(2.8)
где
- номинальная площадь контакта (для направляющих сверла глубокого сверления равная 7,5 см²);
0,3 – коэффициент Пуассона;
- удельное давление;
- модуль упругости;
- волна микронеровностей, принимаемая для круглого шлифования равной 10 мм.
Воспользовавшись аналитическими зависимостями сил трения на направляющих двух-резцового сверла от подачи полученными в работе [43]
.
Можно рассчитать фактическую площадь контакта направляющих поверхностей сверла глубокого сверления при взаимодействии с поверхностью обрабатываемого отверстия с учетом направлений микронеровностей направляющих поверхностей.
Получим для первой и второй направляющих:
.
Преобразуя далее, получим формулы для определения фактической площади контакта направляющих поверхностей сверла глубокого сверления при взаимодействии с обрабатываемым отверстием с учетом направлений неровностей направляющих поверхностей:
Зависимость величины относительной площади касания от контурного удельного давления
радиуса единичного выступа r, максимальной высоты неровностей и модуля упругости Е показана на рис. 27. Рисунок 16–Влияние отдельных параметров на относительную площадь касания
Выводы
1. Анализ известных работ показывает, что вопросы повышения интенсивности обработки глубоких отверстий ранее рассматривались без учета специфики операции.
2. Ряд вопросов построения режимов, конструкции инструмента и оснастки ранее не рассматривался.
1.5 Цели и задачи исследования
Проведенный литературный обзор позволяет сформулировать цель работы: Разработка и исследование методов повышения износостойкости сверл малого диаметра.
Для достижения указанной цели необходимо поставить следующие задачи исследования, подлежащие решению в данной работе:
1. Установить закономерность влияния топологии направляющих поверхностей сверла на фактическую площадь контакта, маслоемкость стыка с обрабатываемым отверстием и износостойкость сверлильных головок.
2. Предложить методику проектирования направляющих поверхностей сверла и обрабатываемого отверстия при глубоком сверлении с определением фактической площади контакта, учитывающую режимы резания и направление неровностей направляющих поверхностей.
3. Установить зависимости для оценки фактической площади контакта применительно к взаимодействию направляющих сверла и обрабатываемого отверстия при глубоком сверлении с учетом режимов резания и направлений неровностей направляющих поверхностей.
4. Экспериментально подтвердить правомерность полученных зависимостей для повышения износостойкости инструмента для глубокого сверления.
2 Теоретические исследования взаимодействия направляющих поверхностей сверла и обрабатываемого отверстия при глубоком сверлении деталей
2.1 Формулировка рабочих гипотез и методика исследований
Глубокое сверление является специфической технологической операцией, широко применяемой в современном производстве, для проведения которой требуется создание специального инструмента, оснастки и оборудования. Тяжелые условия сверления заставляют работать корпус сверла, режущие и направляющие элементы с высокими напряжениями, приводящими в конечном итоге к износу сверла [13]. Интенсивность изнашивания твердосплавного инструмента существенно определяется коэффициентом трения, контактными напряжениями, температурой резания, свойствами обрабатываемого и инструментального материалов и т.д. Контактными характеристиками, в значительной мере влияющими на эксплутационные свойства соединения направляющий элемент – обрабатываемое отверстие, являются сближение шероховатых поверхностей, фактическая площадь контакта и объем зазоров в стыке, которые находятся в определенной взаимозависимости и определяются параметрами микрогеометрии и величиной сжимающих напряжений.
Для нахождения путей решения поставленных в главе 1.5 задач были сформулированы следующие рабочие гипотезы:
1. Интенсивность изнашивания направляющих и сверлильной головки в целом зависит от топологии направляющих поверхностей.
2. Фактическая площадь контакта направляющих поверхностей сверла и маслоемкость стыка с обрабатываемым отверстием зависят от направления микронеровностей направляющих.
3. Возможно создание инструмента с повышенной износостойкостью направляющих поверхностей и сверлильной головки и сверла в целом.
Для проверки рабочих гипотез были разработаны новые средства их реализующие:
- поверхностей, полученных шлифованием и лезвийной обработкой с учетом маслоемкости в зоне контакта,
- направляющих поверхностей сверла и обрабатываемого отверстия с учетом режимов резания и направлений неровностей направляющих поверхностей.
Для определения влияния параметров шероховатости поверхности с различными направлениями неровностей на эксплуатационные показателями пары трения в работе производили изнашивание образцов по схеме трения скольжения колодка – ролик. Наиболее плавное изменение износа наблюдается для сочетания скрещивающегося и перпендикулярного взаимодействия микрорельефов, которое характеризуется наименьшим износом образцов.
Далее была рассмотрена возможность создания инструмента с направленным микрорельефом поверхности направляющих и отработаны режимы подготовки инструмента. Существующий на ПАО «НЛМК» и ОАО «Гидропривод» станочный парк не позволял это сделать. Поэтому на базе станка для заточки фрезерных головок 3Б 667 было создано устройство для шлифования направляющих сверлильных головок, позволяющее наносить на поверхность направляющих микрорельеф, имеющий направленность по отношению к оси сверла и при высверливании глубоких отверстий не совпадающий с направлением следов обработки поверхности обрабатываемого отверстия (глава 3).
Производственные испытания такого инструмента показали, что сверлильные головки с перпендикулярным микрорельефом направляющих параллельным оси сверла и скрещивающимся под углом 45º микрорельефом характеризуются более высокой стойкостью, чем головки с параллельным микрорельефом перпендикулярным оси сверла.
2.2 Зависимость фактической площади контакта направляющих от направления микронеровностей и подачи сверла
Для выражения площади контакта более удобными являются безразмерные величины, приведенные в работе [62], а именно относительная площадь контакта:
, (2.1)где
, - константы микрогеометрии поверхности, = 0,1 – коэффициент, зависящий от = 5, = 2 - значения коэффициентов для определенного вида обработки(
= 5 – шлифование, = 2 – точение), = 3, = 2 - значения коэффициентов для определенного вида обработки(
= 3 – шлифование,
= 2 – точение),
- величина сближения, - высота максимального выступа.Воспользовавшись распределением параметров шероховатости по площади поверхности с учетом анизотропии направлений неровностей полученным на основании теоретических исследований [50]:
(2.2)где
- значение параметра микрорельефа, имеющего направленность под углом к направлению измерения; разность между максимальным и минимальным значениями параметров шероховатости.Получаем:
(2.3) Известно [62] определенное соотношение площадей контакта
, (2.4)где
- фактическая площадь контакта, - контурная площадь контакта. Контурную площадь контакта определяем по уравнению, представленному в работе [62]
, (2.5)где
= 2,4 = 3 – коэффициенты, зависящие от распределения волн по высоте, - номинальная площадь контакта, = 0,85 = 2,6 – коэффициенты, учитывающие влияние шероховатости на деформацию волн, - высота волн микронеровностей, соизмеримая с высотой шероховатости. - значение параметра шероховатости для определенного вида обработки принимаемое по табл. 3 [61]
, (2.6)где
- модуль упругости материала, - коэффициент Пуассона, - значение удельной нагрузки.Получим:
. (2.7)Применительно к взаимодействию поверхности направляющих элементов с поверхностью обрабатываемого отверстия, подставляя в (2.7) значения коэффициентов
, , , , выбираемых у Крагельского контактирующих поверхностей, получим: (2.8) где
- номинальная площадь контакта (для направляющих сверла глубокого сверления равная 7,5 см²); 0,3 – коэффициент Пуассона; - удельное давление; - модуль упругости; - волна микронеровностей, принимаемая для круглого шлифования равной 10 мм. Воспользовавшись аналитическими зависимостями сил трения на направляющих двух-резцового сверла от подачи полученными в работе [43]
.Можно рассчитать фактическую площадь контакта направляющих поверхностей сверла глубокого сверления при взаимодействии с поверхностью обрабатываемого отверстия с учетом направлений микронеровностей направляющих поверхностей.
Получим для первой и второй направляющих:
. Преобразуя далее, получим формулы для определения фактической площади контакта направляющих поверхностей сверла глубокого сверления при взаимодействии с обрабатываемым отверстием с учетом направлений неровностей направляющих поверхностей: