Проведення експериментальних досліджень

3. Проведення експериментальних досліджень

Аналіз власних досліджень оброблюваності плоских поверхонь безвершинним косокутним торцевим фрезеруванням загартованих сталей (в широкому діапазоні твердості (45…48 – 56…62 )) і високоміцних чавунів (207…269 НВ) ножів з гексаніту-Р дозволив встановити фактори, які найбільше впливають на стійкість інструмента:

Дослідженню підлягали торцеві фрези косокутного безвершинного багатоножового ступінчастого різання ? 250 мм. Кількість ножів Z = 24. Встановлювались залежності максимальної фаски зносу  по задній поверхні та шорсткості  від часу різання, довжини шляху різання і площі обробленої поверхні . Розмір  оцінювався шляхом фотографування передньої та задньої поверхонь різальних частин ножів в нормальних напрямках.

Дослідженнями встановлено, що процес зносу ножів починає інтенсивно протікати вже в початковий період різання – через 30–40 хвилин після початку різання.

На цьому етапі відбуваються мікровикришування різального леза, причому частіше в області граничних точок різальної частини ножів. В результаті цього виникають зазублини, які виходять і на передню поверхню. Подальше перемішення зазублин здійснюється вздовж задньої поверхні ножів у напрямку вектора швидкості різання.

При утворенні зазублин значної глибини ( мкм) відбувається викришування більших частин різального матеріалу, а при значеннях  мм це призводить до різкого збільшення шорсткості обробленої поверхні. В окремих випадках мікро- і макровикришування виникають на початковому етапі торцевого фрезерування.

При появі мікросколів знос інтенсифікується на даних ділянках.

Поява мікросколів, на наш погляд, може бути пояснена циклічним навантаженням та розвантаженням різальної кромки, що призводить до знакозмінних напружень в об’ємі різального клину.

Крива зносу ножів торцевих фрез, у залежності від площі обробленої поверхні  , має виражені ділянки припрацювання та ділянки нормального зносу з різною інтенсивністю.

Визначення оптимальної геометрії ножів торцевих фрез проводилося відповідно до методики математичного планування експерименту.

Знос ножів торцевої фрези при обробці сірого чавуну СЧ21:

м/хв;  мм/об;  мм; ; ; ;  мм;

а) мм;  хв;  км;  м²;

б) мм;  хв;  км;  м²

1 – при  м/хв;  мм/зуб; ; ;  мм;

2 – при  м/хв;  мм/зуб; ; ;  мм

Дослідження зносу ножів торцевих фрез, оснащених НТМ, показали, що застосування косокутної геометрії ножів торцевих фрез з гексанітом-Р призвело до збільшення довжин різальних кромок ножів, які беруть участь в обробці, і підвищення загальної стійкості інструменту . Оптимальними для обробки чавуну СЧ21 є: швидкість різання –  м/хв; подача на зуб –  мм/зуб; задній кут в напрямку вектора швидкості різання – ; кут нахилу різальної кромки – ; радіус задньої циліндричної поверхні –  мм. Оптимальними для обробки загартованої сталі 45 є режими різання: швидкість різання –м/хв; подача на зуб –  мм/зуб; глибина різання чистовим ножем –  мм. Для оптимальних режимів експлуатації та геометричних параметрів стійкість ступінчастих фрез косокутного різання з НТМ становить не менше 400 хвилин машинного часу при площі обробленої поверхні в 20 м² чавуну і 6 м² загартованої сталі.

З метою виявлення основних факторів (режимів, геометрії), що впливають на кінцеву шорсткість , і для встановлення їх оптимальних значень для косокутного безвершинного фрезерування фрезами ?100…500 мм дослідження шорсткості при торцевому фрезеруванню ножами з косокутною геометрією виконувались на загартованих сталях 45, 40Х, 9ХС, У8, Х18Н10Т та чавуні СЧ21.

Для порівняльних досліджень впливу умов одно- і багатоножового фрезерування на шорсткість поверхні проводилася обробка чавуну СЧ21 при V з різними подачами на зуб. Профіль обробленої поверхні в обох дослідах формував чистовий ніж ( ,  мм, ). Дані досліджень зведені в табл. 1.

Таблиця 1

Як видно з табл. 1, кількість ножів , що беруть участь у різанні, значною мірою впливає на шорсткість обробленої поверхні. В усьому діапазоні зміни подачі на зуб висота мікронерівностей  значно нижча для багатоножової фрези, що може бути пояснене зменшенням нерівномірності процесу фрезерування зі збільшенням кількості ножів, що беруть участь в різанні. Тому усі подальші дослідження шорсткості обробки проводилися в умовах багатоножового фрезерування. Вплив швидкості різання на шорсткість обробки вивчався при обробці плоских зразків торцевою фрезою діаметром 125 мм із . Глибина різання чистовим ножем складала  мм, подача на зуб  мм/зуб; геометрія ножа –  мм (матеріал різальної частини ножів – гексаніт-Р).

Таблиця 2

За даними табл. 2 видно, що шорсткість значною мірою залежить від  і , оскільки остання визначає відношення  і частку пластичної деформації в загальній площі перерізу зрізу. Встановлено, що збільшенням подачі на зуб можна домогтися мінімальної різниці між  і .

Експериментами визначено ефективність використання косокутної геометрії ножів з від’ємними кутами нахилу різальних кромок та застосування задніх циліндричних поверхонь ножів з радіусами 6–14 мм. Проведена оптимізація геометричних та режимних параметрів із умови забезпечення мінімальної шорсткості поверхонь дозволила встановити оптимальні значення геометричних параметрів ножів торцевих фрез та режимів їх експлуатації.

Результати впровадження торцевих фрез на ВАТ “Верстатуніверсалмаш” (м. Житомир) та ВАТ “Беверс” (м. Бердичів) із запропонованою геометрію різальних частин показали їх високу працездатність. Розроблені чистові та напівчистові фрези використовуються підприємствами для напівчистового та чистового фрезерування стальних загартованих деталей та чавунів. Порівняльні дослідження показали їх більш високу продуктивність по відношенню до шліфування (у 4-6 разів) та обробки фрезами відомих конструкцій (у 3-5 разів), а також більш високу їх стійкість.

Висновки

1. Комплексне теоретичне дослідження аспектів чистового торцевого фрезерування дозволило розробити теоретичні основи створення конструкцій ступінчастих торцевих фрез із косокутною геометрією ножів для чистової обробки плоских поверхонь чавунних і стальних загартованих деталей.

2. Показано, що застосування ступінчастого розташування ножів фрез та їх косокутної геометрії дозволяє підвищити продуктивність обробки за рахунок збільшення кількості ножів, які беруть участь в різанні.

3. Розроблена сукупність рівнянь, алгоритми та програми на ЕОМ дають можливість проаналізувати основні кінематичні параметри торцевого фрезерування ступінчастими фрезами косокутного різання.

4. Визначено вплив геометрії різальних ножів торцевих фрез на працездатність конструкцій фрез, на підставі чого обґрунтована доцільність використання ступінчастих схем різання та косокутної геометрії різальних ножів.

5. Для чистової обробки площинних деталей підтверджена ефективність використання косокутної геометрії ножів з від’ємними кутами нахилу різальних кромок та застосування задніх циліндричних поверхонь ножів з радіусами 6-14 мм.

6. Проведена оптимізація дозволила встановити оптимальні значення геометричних параметрів ножів торцевих фрез та режимів їх експлуатації.

7. Результати впровадження фрез на ВАТ “Верстатуніверсалмаш” (м. Житомир) та ВАТ “Беверс” (м. Бердичів) показали підвищення продуктивності при обробці корпусних та плоских деталей верстатів у 3-5 разів.

Література

1. Виговський Г.М., Мельничук П.П. Процес різання торцевими ступінчатими фрезами з косокутньою геометрією різальних частин, що оснащені надтвердими матеріалами (НТМ) // Вісник інженерно-технологічного інституту. – 1998. – № 7. – С. 73–81.

2. Виговський Г. Сили різання при обробці торцевими фрезами косокутного різання // Вісник Тернопільського державного технічного університету. – 1999. – Том 4. – С.148-153.

3. Виговський Г.М. Коливання сил різання при обробці деталей торцевими ступінчастими фрезами // Вісник Житомирського інженерно-технологічного інституту. – 1999. –№ 9. – С. 28–32.

4. Виговський Г.М., Мельничук П.П. Особливості косокутного безвершинного різання // Вісник Житомирського інженерно-технологічного інституту – 1999. – № 10. – С. 134–145.

6. Виговський Г.М., Мельничук П.П. Безвершинне косокутне фрезерування. Шорсткість поверхні // Вестник НТУУ “Киевский политехнический институт”. Серия “Машиностроение” – 1999 – Вып. 37. – С. 262–275.

7. Выговский Г.Н., Мельничук П.П. Конструкции и эксплуатация торцовых фрез с ножами из сверхтвердых материалов // Тяжелое машиностроение. – Москва, – 1999. – № 6. – С. 25– 27.