Dependence of surface roughness from workpiece material and device structural parameters for combined cutting and surface plastic deformation in processing of non-rigid parts of hollow cylinder type

Full Text

Многие виды автомобильной техники, такие как: автомобили с установленными на них кранами, снегоуборочные машины, машины для транспортировки мусорных контейнеров, мусоровозы, тракторы с навесными орудиями, дорожностроительные машины и т.д. - оснащаются гидроцилиндрами различных видов и размеров. Также широко используются в различных механизмах и пневмоцилиндры, близкие по конструкции к гидроцилиндрам. Широкое использование деталей данного типа в разнообразных машинах, устройствах и комплексах вызывает необходимость изготовления этих изделий в широком диапазоне габаритных размеров - как по диаметрам штоков и отверстий цилиндров, так и по их длинам. Одной из особенностей гидро- и пневмоцилиндров является их нежесткость из-за большого соотношения диаметрального и линейного размеров, что отрицательно влияет на результаты обработки изделий [1, 2]. На основании ранее проведенных исследований [1, 2] было установлено, что при обработке нежестких деталей типа полый цилиндр наиболее выгодно применять устройства для комбинированной обработки резанием и поверхностным пластическим деформированием (ППД) ввиду того, что комбинированная обработка в данном случае обеспечивает выигрыш в производительности, высокие показатели точности обработки (8-9 квалитет) и хорошую шероховатость обработанной поверхности (). На данный момент известно немалое количество конструкций таких устройств для комбинированной обработки резанием и ППД. Но наибольший эффект могут обеспечить только те устройства, в которых достигается относительное постоянство силового воздействия на деталь в течение всего процесса обработки, так как это существенно повышает качество обработки [1, 2]. В статье [4] авторами была рассмотрена зависимость шероховатости поверхности деталей от режимов резания и конструкционных параметров деформирующей части устройства для комбинированной обработки - диаметра деформирующего ролика и величины заднего угла данного ролика. В настоящей статье рассматривается влияние материала обрабатываемого изделия и влияние конструкционных параметров режущей части устройства для комбинированной обработки - формы режущего инструмента на шероховатость обработанной поверхности нежестких деталей типа полый цилиндр на примере одного из таких устройств, конструкция которого представлена на рисунке 1 [1]. Рисунок 1. Конструкция устройства для комбинированной обработки Данное устройство состоит из обрабатывающей головки 1, переднего 2 и заднего 3 центров. На установочную плиту 6 при помощи крепежных винтов 7 и регулировочных винтов 8 устанавливается корпус 4 обрабатывающей головки 1, жестко соединенный или выполненный заедино с подошвой 5. Установочная плита 6 крепится на суппорте 10 токарного станка клином 9. В передней части корпуса 4 расположены направляющие 11 для размещения плавающего резцового блока 12, который удерживается подпружиненными прижимами 13. Режущие пластины (резцы) 15 устанавливаются в карманах бобышек 14 резцового блока 12 и крепятся клиньями 16. Для настройки резцового блока на размер обработки служат винты 17. Деформирующая часть рассматриваемого устройства устанавливается в коническом отверстии, расположенном в задней части корпуса 4. Деформирующая часть представляет собой корпус 18, в котором по коническому сопряжению установлен нажимной конус 19, по которому обкатываются рабочие элементы - ролики 20, заключенные в сепараторе 21. Бронзовая втулка 22 центрирует сепаратор 21 относительно корпуса 18. Упорный подшипник 23 воспринимает осевую нагрузку. Взводящая пружина 24 располагается на хвостовике сепаратора. Нажимная гайка 25 перемещает сепаратор в осевом направлении и служит для установки размера. СОЖ подается в камеру, образованную торцем конического отверстия в корпусе 4 и передним торцем деформирующей части устройства, что позволяет охлаждать и смазывать ролики и резцы в процессе обработки, а также препятствует попаданию стружки в зону пластической деформации. В отверстие шпинделя токарного станка устанавливается передний ведущий центр 2, служащий для передачи крутящего момента и центрирования заготовки. В пиноль задней бабки токарного станка устанавливается задний центр 3, который имеет направляющие втулки 26, служащие опорной поверхностью для роликов 20 в начале обработки, и также для настройки на размер обработки резцов 15 и роликов 20 [1, 4]. Как следует из конструкции устройства для комбинированной обработки резанием и ППД, перед обработкой ППД рассматриваемого изделия при помощи деформирующей части устройства должна быть получена наиболее оптимальная поверхность обрабатываемой заготовки под последующую обработку деформирующей частью рассматриваемого устройства [1, 2]. Шероховатость поверхности заготовки после черновой обработки резанием зависит от режимов резания, материала самого изделия, геометрия режущего инструмента и т.д. В данной статье мы рассмотрим некоторые из указанных зависимостей, а именно, каким образом на шероховатость обработанной поверхности влияет форма режущего инструмента (форма режущих пластин 15) в устройстве для комбинированной обработки, а также рассмотрим, как материал деталей влияет на шероховатость поверхности изделия. Авторами статьи было проведено экспериментальное исследование на токарно-винторезном станке модели 16К20. В качестве экспериментальных образцов были выбраны нежесткие детали типа полый цилиндр с наружным диаметром , внутренним диаметром и длиной . Величина шероховатости обработанной поверхности измерялась после обработки образцов из разного материала (сталь 45, 40Х и 9ХС) на различных режимах резания (n, S, t) для трех резцов с различной геометрией режущей части (резец проходной с углом , материал режущей части - ВК6; резец проходной с углом , материал режущей части - Т5К10; резец фасонный круглый Ø16,2 мм, , материал режущей части - СМ3). В результате проведенного исследования были получены требуемые данные, которые затем были сведены в таблицы. Далее на основании этих таблиц были построены графики зависимостей, отражающие влияние материала изделия, а также формы режущего инструмента в устройстве для комбинированной обработки на шероховатость обработанной поверхностности заготовки. Некоторые из полученных графиков представлены ниже. На рисунке 2 представлен график влияния формы режущего инструмента в устройстве для комбинированной обработки на шероховатость обработанной поверхности. В качестве примера был взят материал изделия - сталь 40Х. На рисунке 2 обозначены: резец № 1 - проходной, φ=45°; резец № 2 - проходной, φ=75°; резец № 3 - фасонный круглый. Рисунок 2. Влияние формы режущего инструмента на шероховатость поверхности Рисунок 3. Влияние материала изделия на шероховатость обработанной поверхности Как видно из графика, наименьшая шероховатость поверхности достигается после обработки резцом № 3 - фасонным круглым. Этот факт обусловлен в большей степени формой режущей части резца и наличием заднего угла на фаске шириной 0,2…0,4 мм. Данная фаска играет одновременно роль демпфера колебаний и выглаживающего элемента [1, 3]. Использование режущих пластин с такой геометрией в резцовом блоке позволяет устранить вибрацию блока при снятии маленького (0,1…0,3 мм/резец) припуска. Таким образом, для получения малой величины шероховатости поверхности после комбинированной обработки целесообразно применять резцовый блок устройства для комбинированной обработки с круглыми пластинами. На рисунке 3 показан график зависимости шероховатости поверхности нежесткой детали типа полый цилиндр от материала обрабатываемого изделия. На основании анализа данного графика можно сделать вывод, что самая наименьшая величина шероховатости достигается при обработке деталей из стали 9ХС. Далее авторы статьи планируют провести экспериментальные исследования по выявлению влияния режимов обкатывания поверхности деформирующей частью устройства для комбинированной обработки на шероховатость поверхности готового изделия. Выводы Было выявлено оптимальное значение величины заднего угла деформирующего ролика, при котором может быть достигнута минимальная шероховатость поверхности; установлено, что диаметр ролика не влияет на величину шероховатости, а при повышении давления в контакте с деталью может быть получена одинаковая величина шероховатости роликами разного диаметра. На основании проведенных исследований было установлено, что при ужесточении режимов резания возрастает величина шероховатости обработанной поверхности детали.

About the authors

E. A Vetrova

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

+7 495 223-05-23, ext. 1327

P. A Lebedev

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

+7 495 223-05-23, ext. 1327

A. S Adeev

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

+7 495 223-05-23, ext. 1327

References

Supplementary files