РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОЦЕНКИ КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОЛЬЦЕВЫХ СВЕРЛ

Разработка методики предварительной оценки заключается в изучении факторов, влияющих на конструкторско-технологическую эффективность (КТЭ) кольцевых сверл. С помощью разработанной методики появится возможность выбора определенных геометрических параметров режущей части для определенных условий работы инструмента, а именно, выбор оптимального диаметра сверления, ширины реза и вылета.

При разработке методики рассматриваем инструмент для кольцевой обработки с отверстием для подачи СОЖ, представленный в приложении.

Существует множество факторов, влияющих на обработку. Всех их можно оценивать с точки зрения: элементов и геометрических параметров конструкции, технологии изготовления, эксплуатации и экономики.

К факторам, влияющим на эффективность инструмента для кольцевой обработки отнесем конструкторские геометрические параметры, а именно диаметр D, глубина сверления H, ширина реза b. Если необходимо, чтобы инструмент обеспечивал жесткость, точность и производительность конструкции, то должно быть некоторое соотношение геометрических размеров, т.е. при больших диаметрах и глубинах ширина не должна быть маленькой или при маленьком диаметре не должна быть большая ширина реза и так далее. Это подтверждается расчетом. Для этого спроектировали 3D-модели и рассчитали силы резания при диаметрах кольцевого сверла 40 мм, 60 мм, 80 мм и 100 мм. Для автоматизированного исследования напряжений, перемещений и деформаций режущей части сверла использовалась программа «Solid Works Simulation». Изменяли при расчете диаметр сверления и, соответственно, количество зубьев режущей части. Все остальные параметры оставляли неизменными. Полученные результаты сведены в таблицу 6.1. При неизменной ширине реза и изменении диаметра значения меняются: при малых диаметрах они низкие - будет низкая производительность, при больших диаметрах - высокие, инструмент быстро придет в негодность.

Таблица 6.1 - Напряжение, перемещения и деформации при различных диаметрах режущей части

Dсверла,

мм

Силы резания, Н (на 1 зуб при b=t=4мм, S=0,1мм/об)

Напряжения, Н/мм2

Перемещения, мм

Деформации, мм

40

Pz=34,70

Рх=39,10

Min 2,44269

Max 140,193

Min 0

Max 0,0131498

Min 2,70514e-005

Max 0,000473877

60

Min 5,10898

Max 174,992

Min 0

Max 0,0155015

Min 4,28586e-005

Max 0,000513413

80

Min 6,23035

Max 166,086

Min 0

Max 0,025302

Min 2,93418e-005

Max 0,00049982

100

Min 5,39369

Max 262,423

Min 0

Max 0,026197

Min 3,33422e-005

Max 0,000870307

Видим, что с увеличением диаметра минимальные напряжения сначала растут, далее начинают снижаться. Максимальные напряжения растут, поэтому при диаметрах более 100 мм необходимо увеличить ширину реза и другие параметры, иначе инструмент будет неработоспособным. Перемещения с увеличением диаметра растут. Деформации же, сначала растут, затем скачок вниз и снова вверх. Как видно из таблицы 6.1, оптимальные, не превышающие допустимые значения получились для Ш80 мм, так как параметры (t, S, геометрические параметры режущего зуба, обрабатываемый и обрабатывающий материал), которые являлись неизменными, были подобраны именно на этот диаметр. В разделе методика проектирования инструмента приведена таблица 3.2 с рекомендуемыми параметрами режущей части.

К конструкторским факторам так же относится материал режущей части, количество режущих зубьев, элементы геометрии, жесткость и прочность конструкции и отдельных элементов.

К технологическим факторам необходимо отнести - технологичность кольцевого сверла (корпуса, режущей части), трудоемкость, сложность и точность его изготовления.

К эксплуатационным отнесем такие факторы, как производительность, обрабатываемый материал, режимы резания, охлаждение, прочность, жесткость, износо- и теплостойкость, виброустойчивость, долговечность и надежность.

Экономические показатели - доступность и стоимость материала, затраты на проектирование и изготовление, расход обрабатываемого материала, время на обработку.

Почти по всем этим факторам разработана система оценки по десятибалльной шкале. Экономические факторы оценить с точки зрения изменения конструктивных параметров не возможно, как в прочем и некоторые конструкторские. А именно, чем больше диаметр или глубина, тем больше ширина реза, тем больше будет стоимость обрабатывающего материала, большее время на обработку, возможно, потребуется изменить материал режущей части и количество зубьев и так далее. Таким образом, КТЭ оценивается средним баллом при комплексном использовании факторов из разных групп. [18]

С использованием данных литературных источников, опыта и с учетом рекомендаций, изложенных в разделе, посвященном методике проектирования кольцевых сверл сведем в таблицу 6.2 зависимости ожидаемых жесткости конструкции, точности изготовления, производительности и других параметров от диаметра режущей части. По этой таблице предварительно можно оценить возможности определенной конструкции.

Таблица 6.2 - Ожидаемая КТЭ при различных диаметрах сверла

d,мм

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

Ожидаемая жесткость

5

5

6

7

8

8

8

7

7

6

6

5

Ожидаемая надежность, долговечность

5

5

6

7

7

7

7

7

7

6

5

5

Ожидаемая точность изготовления

5

6

6

7

8

8

8

7

6

5

5

4

Ожидаемая производительность

5

5

6

6

8

8

8

8

7

6

6

5

Износои теплостойкость

4

5

5

6

7

8

8

8

7

7

6

6

Виброустойчивость

4

5

5

6

7

8

8

8

7

7

6

6

Формирование и отвод стружки

-

-

-

7

8

8

8

8

8

7

7

7

Охлаждение инструмента

-

-

-

7

8

8

8

8

7

7

7

6

Напряжения, деформации, перемещения

5

5

6

6

7

7

7

7

7

6

6

6

Геометрия режущей части

-

7

7

8

8

8

8

8

8

7

7

6

Из графика, представленного на рисунке 6.1 видно, что оптимальными диаметрами разработанного инструмента являются Ш60чШ90 мм. В пределах этих диаметров инструмент отвечает лучшим условиям работы, дает лучшую точность, стойкость и производительность.

Зависимость конструкторско-технологической эффективности от диаметра сверла

Рисунок 6.1 - Зависимость конструкторско-технологической эффективности от диаметра сверла

Жесткость кольцевого сверла зависит в большей степени от жесткости режущей части, которая зависит от соотношения диаметра и ширины реза, от глубины стружечных канавок. Чем большую жесткость имеет инструмент, тем точнее будет обработка. Также точность изготовления зависит от заданных припусков на обработку.

Формирование и отвод стружки, а также охлаждение инструмента зависят от диаметра сверла, от возможности профрезеровать стружечные канавки на режущей части и от их размеров. На маленьких диаметрах с малой шириной реза изготовить стружечные канавки не возможно. На больших диаметрах, с большей шириной реза будет образовываться больше стружки, которую необходимо выводить из зоны резания.

Количество режущих зубьев растет с ростом диаметра рабочей части, таким образом, растут силы резания, напряжения. Чтобы избежать достижения предельных значений, необходимо изменить геометрию режущей части, увеличить шаг и высоту зуба.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   Скачать   След >