Способ исследования обработки отверстий

(.с 4 ь О в явностьнедо ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(72) Одесский политехнический институт(56) Маталин А.А. Технология машиностроения.- Л.: Машиностроение, Ленинград, отдние, 1985,.-496 с,; Горохов В.А. Чистоваяобработка типовых сплавов.- М;: Машиностроение, 1975, -109,Папшев Д.Д. Отделочно-упрочняющая обработка поверхностным пластическим деформированием;М,: Машиностроение, 1978,-152,Дятчин Н.И. Исследование работы направляющих элементов инструментов одностороннего резания, применяющихся дляобработки отверстий: Дис, канд, техн.наук. Томск, 1979,-,192 с,Изобретение относится к обработке металлов резанием и может быть использовано для определения шероховатости поверхности отверстий при их обработке инструментами, одностороннего резания (сверлами ВТА, эжекторными сверлами, расточными головками и др,),Известны способы исследования обработки отверстий, проводимые на специализированных стендах, на которых выполнялась обработка заготовки в виде втулки, режущим элементом (лезвийным инструментом) и выглаживающим элементом. После измерения шероховатости поверхности отверстия устанавливалась зависимость шероховатости поверхности от исходной шероховатости поверхности (шероховатость поверхности, полученная лезвийным элементом, перед выглаживанием направ(54) СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ ОБРАБОТКИ ОТВЕРСТИЙ(57) Способ используется при обработке металлов резанием для определения шероховатости поверхности, которая будет получена разрабатываемым инструментом (сверлами БТА, эжекторными сверлами, расточным инструментом и др.). Обработку внутренней поверхности заменяют наружной, а нормальные усилия прижима направляющих элементов инструмента. для обработки отверстий определяют по максимальному удельному давлению. полученному для направляющих элементов специализированного стенда. 7 ил,ляющим элементом методом пластичногдеформирования), величиной нормальногусилия прижима направляющего элементинструмента к обрабатываемой поверхности, длиной и шириной направляющих, элментов, материалом заготовки, материалотвердого сплава, типом смазочно-охлаждающей технологической среды (СОТС), величиной подачи, скоростью резания,Недостатками известных способаляется высокая трудоемкость, сложэкспериментальных исследований истатоцная точность.Наиболее близким по техническосущности и достигаемому результатупредполагаемому изобретению являетсспособ-прототип. Сущность известного способа заключается в том, что на специализированном стенде на базе токарного станк10 15 ализированном стенде экспериментальная зависимость Йз = (Й) 20 резания. 25Недостатками известного способа являются большие погрешности, временные и 35 40 50 выполняют обработку отверстия заготовки, являющейся втулкой, режущим элементом (резцом), а затем производят обработку выглаживающим элементом. На основе полученных экспериментальных данных устанавливают взаимосвязь между шероховастью (Вт) выглаженной направляющим лементом инструмента стенда поверхности и исходной шероховатостью (й) поверхности, твердостью (НВ) материала, усилием (й) прижима направляющего элемента, длиной (а) направляющего элемента, шириной (Ь) направляющего элемента, которая, например, при трении всухую выражается следующей эмпирической зависимостью:+ЙЗ 10 й ьЭта зависимость принимается справедливой при определении шероховатости поверхности отверстий, обработанных реальным инструментом одностороннего материальные затраты экспериментальных исследований. Способ, проведения экспериментальных исследований и известнаяконструкция стенда не обеспечивают достаточного соответствия моделируемого и ре. ального процессов обработки из-за низкой точности сопряжения направляющего эле, мента с обрабатываемой поверхностью отверстия вследствие неизбежного прогиба борштанги, на которой расположен направляющий элемент. Кроме того, для обеспечения требуемой шероховатости инструментом с другими конструктивными параметрами в известном способе повторяют экспериментальные исследования; что приводит к большим временным и материальным затратам.Целью изобретения является сокращение времени исследования и повышение точности определения шероховатости,Первая указанная цель достигается за счет сокращения временных затрат на стадии подготовки экспериментальных исследований, т.к. в используемом специализированном стенде применяется стандартная контрольно-измерительная аппаратура, а так же за счет уменьшения времени экспериментальных исследований путем исключения необходимости повторения экспериментов при изменении конструктивных параметров инструмента, Это достигается тем, что в предлагаемом способе нормальные усилия прижима, связанные с конструктивными параметрами разрабатываемого инструмента, определяются исходя из максимальных удельных давлений (апах), действующих на поверхность отверстия. В свою очередь, шероховатость после пластических деформаций определяется исходной шероховатостью и величиной деформации микронеровностей. Величина деформации микронеровностей зависит только от максимальных удельных давлений аезх (Сопротивление материалов: Учебник для вузов /Под общ.ред. Г.С,Писаренко.-4-е изд. перераб. и доп,- Киев: Вища школа, 1979,-696 с.). Полученная на специи полученная авторами теоретическая зависимость Свах = Кй, Он, Оз, д, Ь, а) позволяют определить шероховатость поверхности отверстия без повторения экспериментов при изменении конструктивных параметров инструмента.Вторая указанная цель достигается за счет того, что в предлагаемом способе обеспечивается более полное приближение условий. контакта направляющих элементов новОго специализированного стенда с инверсной схемой обработки к условиям контакта направляющих элементов инструментов, одностороннего резания для обработки глубоких отверстий, что приводит к повышению точности результатов экспериментов,Кроме того, предлагаемый способ позволяет более полно исследовать и учесть влияние характера сопряжения инструмента и обрабатываемой поверхности на шероховатость обработанной поверхности за счет учета диаметра окружности (Он), охватываемой направляющими элементами инструмента, диаметр заготовки (Оз), равного диаметру отверстия (Оо), и центрального угла (д) между направляющими элементами,На фиг. 1 иэобракена принципиальная схема специализированного стенда (вид сверху); на фиг, 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг,З - конструкция основных узлов стенда. вид слева; на фиг. 4 - конструкция основных узлов стенда, вид сверху; на фиг. 5 показан возможный характер сопряжения обрабатываемой заготовки 4 с направляющими элементами 10 корпуса прижима (инстру 1776495мента) 5, на фиг. 6 графически пояснены конструктивные параметры, используемые при реализации способа; на фиг. 7 изображена номограмма определения шероховатости обработанной поверхности заготовки.На фиг, 1 схематически изображены элементы механизма стенда: 1 - шпиндельный узел станка; 2 - суппорт станка; 3 - направляющие станины станка; 4 - заготовка; 5 - прижим.На токарном станке вместо резцедержателя установлен четырехкомпонентный динамометр 6 модели УДМ - 600 (см. фиг. 3) В резцедержателе динамометра установле.на силовая муфта 17, которая закреплена с помощью державки 8. Силовая муфта электрически изолирована от корпуса динамо- метра б изоляционными прокладками 7, Державка 8 своим штыревым стопором 9 входит в профильный паз корпуса 5. Продольный паз корпуса прижима имеет форму кольцевого сектора. На корпусе прижима 5 установлены две группы направляющих элементов 10, взаимодействующих с цилиндрической поверхностью заготовки 4. Ролик 16, взаимодействующий с корпусом прижима, установлен на одном из концов пальца 18.На другом конце пальца 18 установлен толкатель 29, осевое положение которого регулируется с помощью гайки 19 (см.фиг.4), Электрические сигналы от тенэодатчиков динамометра усиливает усилитель 13 модели ТАи регистрируют шкальные приборы 14; Величинутермо-ЭДС от термопары - твердосплавные пластины направляющих элементов и обрабатываемая заготовка, - фиксирует милливольтамперметр 15,Направляющие элементы 10 (фиг. 5), расположенные на корпусе прижима б, имитирующего на разработанном стенде корпус инструмента, сопрягается с заготовкой 4 на участках поверхности, ширина которых равна Ь 1 или Ь 2, а длина - примерно равна а - длине направляющих элементов 10. На фиг. 5 для участков контакта направляющих элементов 10 с заготовкой 4 показаны эпюры распределения удельных давлений и вектора максимальных удельных давлений (Йггггзх Гтгпзх), величина которых определит шероховатость обработанной поверхности.На фиг, 6 показаны геометрические параметры сопряжения направляющих элементов шириной (Ь) с обрабатываемой поверхностью: О - диамегр заготовки; Он - диаметр окружности, охватьгваемой направляющими элементами: а - угол сопряжения; д - центральный угол между направляющими элементами; Оз - центр заготовки; Огг - центр окружности, охватываемойнаправляющими элементами.5 На фиг. 7 графически изображена зависимость шероховатости (Ва) от нормальныхусилий (М) прижима направляющих элементов к обрабатываемой поверхности Яз = фЧ),которая получена для одного конкретного10 набора значений параметров Оз, Он, д, Ь, а.Для этого же набора параметров О Он, д,Ь, а изображена зависимость между максимальнымм удельным давлением (стгггх) и нормальным усилием прижима (Й) - стгпах = т(гч),15 Тонкими линиями со стрелками показанодин иэ способов (графический) построениязависимости шероховатости (йа) обработанной поверхности от максимальных удельных давлений (гЪзх) - йа = 1(гтгпх), которуюполучают на основании зависимостейКа = ЯМ) и Оеах= Ф).Сущность предлагаемого способа исследований представляет собой следующуюпоследовател ьность приемов исследования,Приемы исследования обработки отверстий:1. Располагаем и закрепляем направляющие элементы инструмента на внутреннейповерхности корпуса прижима, которуюможно рассматривать как поверхность обрабатываемого отверстия при сопоставлении с известным способом исследования.2, Обрабатываем рабочие поверхностинаправляющих элементов прижима.3. Измеряем ширину "в" и длину "а" .направляющих элементов, диаметр окружности Он, охватываемой направляющимиэлементами, и центральный угол д между40 направляющими элементами,4. Выбираем режим обработки: подачу5, скорость резания ч, а так же тип СОТС.Выбор осуществляем по литературнымисточникам, например, по следующему45 "Общемашиностроительные нормативывремени и режимов резания на обработкуглубоких отверстий (сверления, растачивания, развертывание и раскатывание). Среднесерийное, мелкосерийное и единичноепроизводство. М.: Экономика, 1988.- 135 с.5. Резанием со снятием стружки обрабатываем заготовку режущим элементом.Получаем реальный диаметр заготовки Оз и исходную шероховатость поверхности Раках. Измеряем реальный диаметр заготовки Оз.б. Измеряем исходную шероховатостьЯаисх поверхности обработанной заготовки.7. Воздействуей на корпус прижима нагрузочным устройством, определяем усилие прижима Гпр и рассчитываем нормальное усилие прижима й по формулей = Епр/2соз(д/2, 5 где д - центральный угол между направляющими элементами инструмента.8, Осуществляем технологическую операцию обработки заготовки с установкой на станке выбранных параметров режи ма резания, Этот прием осуществляем в следующей последовательности: устанавливаем режим обработки (Ч, Я), включаем подачу СОТС и производим обработку заготовки с нормальным усилием прижима 15 (Ю, = 1, 2, ., и, где и - количество экспериментальных опытов по определению шероховатости йа),9. Измеряем шероховатость обработанной поверхности профилографом - проф илометров йа.Значение шероховатости йа, соответствующее усилию прижима Й, заносим в таблицу.10. Изменяем величину усилия прижима 25 (Й, = 1,п) и повторяем действия пунктов 7, 8, 9 для нового нормального усилия прижима.11. Получаем по разработанной методике(Браилов А.Ю. Методика определения мо дели контролируемого параметра ГПМ (Одес,политехн.ин-т. - Одесса, 1988. - 20 с.: . ил,- Библиогр.: 2 назв. Деп. в УкрНИИНТИ 29,06,88, М 2662 - Ук 88) аналитическое выражение зависимости йа - 1(й), При не обходимости построения номограммы для определения шероховатости строим график зависимости йа: 1(К).12. На основе данных результатов измерений (п.3 и п,5) и применяя, полученную ав торами аналитическую зависимость: ствах = 10з где й - нормальное усилие прижима;э - длина направляющих элементов;с - коэффициент учета исходной шероховатости поверхности (выбирается по литературе Левина З.М., Решетов Д.Н, 5 Контактная жесткость машин.- М.: Машиностроение, 1971. -264 с.);а - угол сопряжения, который рассчитывается по формулеЬа = - д - 2 агсз 1 п --2 О2 агсзп3 и -- агсз 1 п -гОн д Ь Оз 2 Он ссчитывают максимальное удельное давление овах для задаваемых при эксперименте нормальных усилий прижима Й и для конкретных параметров (Он, д, Ь, э, Оз). ПФЮ необходимости получения номограммы строят графиксЪах = (Й)13. Устанавливаем на основе даннык, определенных (полученных) в и. 9 и п.11, зависимость йа = 1(оа 1 ах) Эта зависимость получается путем приведения в соответствие йа и опах. полученных в и, 9 и и. 11 при одинаковых М и других параметров экспериментальных исследований,14, Для разрабатываемого инструмента с исходными данными й, Он, Оз, д, Ь, еф определяем ошах, используя аналитическую зависимость овах = 10106 э 2 с 215. По расчетной величине ощах, используя данные п. 13, т.е, по зависимости йа = т(ошах), определяем йа, соответствующую конструктивным параметром разрабатываемого инструмента без проведения экспериментов. При этом принято, что зависимость йа - 1(одах) полученная с помощью специализированного стенда справедлива для прямой схемы обработки отверстий.Практическая реализация способа прогнозирования шероховатости выполнялась для разрабатываемого сверла ВТА со следующими параметрами: а 16 мм; Ь 5 мм; д = 900; Он 79,68 мм. Параметры заготовки: Оз 79,57 мм; йансх 3,2 мкм; с 0,15. Технологические условия Яаь 0,074 мм/об; ч 40,6 м/мин; М 600 Н: СОТС МР. Применяя предложенный способ, получено значение шероховатости йа = 1,1 мкм. Экспериментальная проверка предложенного способа проводилась сверлами ВТА с твердосплавленными (ВК 8) режущими элементами при сверлении глубоких отверстий диаметром 79,6 мм, глубиной 140 мм в стали 12 ХНЗА на станке модели ОС 4005. В качестве СОТС использовалась смазочно-охлаждающая жидкость МР. Замеры шероховатости поверхностей полученных отверстий в центральной измерительной лаборатории Шахтинского завода "Гидропривод" дали значение шероховатости йэ - 1;17 мкм, что соответс 1 вует относительной погреш. ности 4 ЯПрименение предлагаемого способа по. зволяет повысить точность определения шероховатости за счет учета характера сопряжения направляющих элементов инструмента с поверхностью обрабатываемого отверстия и сократить количество экспериментальных опытов за счет исключения повторения экспериментов для нового набора конструктивных параметров инструмента.Формула изобретения Способ исследования обработки отверстий, заключающийся в том, что предварительно производят. обработку заготовки режущим и выглаживающим инструментами,измеряют шероховатость и устанавливают взаимосвязь между значением шероховатости, режимами обработки режущим и выглаживающим инструментами,геометрическими параметрами выглаживающего инструмента и величиной усилия прижима выглаживающего инструмента, о тл ича ющийся тем,что,с цельюповыше ния точности определения шероховатости иупрощения, производят предварительную обработку наружной поверхности заготовки с диаметром, равным заданному диаметру отверстия, режущим и выглаживающим ин струментами, а величину усилия прижимавыглаживающего инструмента при обработке отверстия определяют по максимальному удельному давлению направляющих элементов выглаживающего инструмента при 15 обработке наружной поверхности заготовки.1776495 Составитель А, БраиловТехред М.Моргентал Корректор А. Мотыл го дакто Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина каз 4091 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета 113035. Москва, ЖПодписноеизобретениям и открытиям при ГКНТ ССС