Исследование влияния геометрических параметров комбинированного инструмента на величину крутящего момента при резьбонарезании

В основных направлених экономического и социального развития страны на 20152020 гг. и на период до 2025 г. большое внимание уделяется повышению технического уровня качества выпускаемой продукции, обеспечивающей высокую производительность, благодаря применению высокопроизводительных инструментов и оснастки. Предложенный в работе комбинированный инструмент зенкер-метчик со специальными фасками на зубьях метчика соответствует требованиям современной технологии [1]. Необходимо оптимизировать его основные параметры и особенно метчиковую часть.

С целью оптимизации метчиковой части комбинированного инструмента и упорядочения ее геометрических параметров были проведены лабораторные исследования по изучению влияния конструктивных и технологических факторов на величину крутящего момента. Ниже показаны результаты проведенных исследований комбинированного инструмента зенкер-метчик для обработки труднообрабатываемых материалов.

На рисунке 1 представлена зависимость крутящего момента (Мкр) от величины переднего угла, откуда видно, что с увеличением угла от 5 до 20° значение Мкр снижается при всех скоростях резания и для группы исследованных материалов.

Рисунок 1 – Зависимость крутящего момента М кр от величины переднего угла γ метчиковой части комбинированного инструмента зенкер-метчика

При этом необходимо отметить, что в зоне малых углов у (5-8 ° ) это снижение более эффективно, чем в зоне больших величин переднего угла (12-20 ° ). Поэтому следует признать оптимальным метчик с передним углом, равным 9-10 ° .

Уменьшение крутящего момента при увеличении величины переднего угла у до 10 ° связано с облегчением процесса деформации срезаемого слоя, что особенно важно для материалов, характеризующихся большой удельной работой стружкообразования.

При изучении влияния величины заднего угла α на крутящий момент обнаружено (рис. 2) , что до значения а=6 ° происходит резкое падение Мкр (почти на 50%), после чего изменение параметра не вызывает заметного изменения величины крутящего момента.

Это объясняется тем, что при α<60 на метчик действуют значительные силы трения и упругости на площадках контакта задних поверхностей зубьев метчика и изделия.

При превышении α >60 создаются достаточные зазоры между зубьями метчика и изделиями, и дальнейшее увеличение не отражается на значении Мкр.

Рисунок 2 – Влияние величины заданего угла α метчиковой части комбинированного инструмента зенкер-метчик на крутящий момент М кр

Конструкция метчика оказывает решающее влияние на величину Мкр [3, 4], с учетом этого все исследования нами осуществлены с применением корригированных метчиков, которые дают наименьший крутящий момент по сравнению с нормальными, «шахматными» и бесканавочными метчиками.

По данным Е.В. Бурмистрова [3], корригированные метчики уменьшают крутящий момент на 30-35 ° при обработке стали 12Х18Н10Т и на 50% - при обработке титанового сплава ВТ6. Температура резания при работе корригированными метчиками меньше соответственно на 50 и 150 ° С, чем при использовании нормальных метчиков и метчиков с шахматным расположением зубьев. Это связано с уменьшением трения по боковым поверхностям и улучшением условий смазки. По результатам этих же исследований установлено, что оптимальные метчики имеют y=5-7 ° , а=6-8 ° . Как видно из наших исследований, они хорошо согласуются с результатами работы [1, 5]. Проведенные исследования выявили, что у комбинированного инструмента зенкер-метчик показатели, характеризующие влияние геометрических параметров на крутящий момент, ниже, чем у корригированного метчика.

Влияние угла уклона заборного конуса на величину крутящего момента имеет сложный характер. Оно проявляется через изменение толщины среза и числа одновременно работающих зубьев.

На рисунке 3 представлены результаты экспериментальных исследований, свидетельствующие о том, что с увеличением угла заборного конуса (φ) и связанного с ним роста толщины среза значение Мкр уменьшается. Это проявляется в том, что до увеличения угла заборного конуса ф до 9 ° и происходит снижение момента трения и сил защемления метчика ввиду уменьшения числа одновременно работающих зубьев. С увеличением угла заборного конуса свыше 9 ° при определенных скоростях резания (V > 10 м/мин) наблюдается повышение крутящего момента, причем, чем больше скорость резания, тем больше рост крутящего момента Мкр. Это следует связывать с повышением температуры в зоне резания, увеличением прилипаемости стружки и эффектов схватывания.

При чрезмерно малых углах заборного конуса (ф < 3 ° ) крутящий момент возрастает.

Рисунок 3 - Влияние угла зоборного конуса ф зенкерной части комбинированного инструмента на величину крутящего момента Мкр

Исследования показывают, что это связано с повышенной склонностью к наростообразованию. При обработке труднообрабатываемых материалов в зоне низких скоростей резания (V<6 м/мин) с увеличением угла уклона заборного конуса нарост становится все более плоским с большим радиусом у вершины, это приводит к фактическому уменьшению переднего угла и увеличению момента (сил) резания [4].

Значит, более оптимальным является диапозон угла заборного конуса ф от 3 до 9 ° Изучение влияния величины обратной конусности на крутящий момент показывает (рис. 4), что с ростом значения обратной конусности от 0,15 до 0,25 величина крутящего момента снижается.

Эта тенденция зависит от свойств обрабатываемого материала и менее явно выражена у стали І2ХІ8НІОТ и ЭИ 654 по сравнению со сталью 20X13.

При дальнейшем повышении обратной конусности с 0,25 до 0,35 мм для аустенитных сталей крутящий момент возрастает. Это можно объяснить тем, что аустенитные стали весьма склонны к наклепу и при большой обратной конусности последние режущие зубья работают в зоне наклепа.

Выводы

Проведенные лабораторные исследования вляния основных геометрических параметров со специальной метчиковой части комбинированного инструмента зенкер-метчик на величину крутящего момента позволили установить их оптимальные величины, что в конечном счете позволит повысить качество нарезаемого резьбового отверстия в ответственных деталях судовых машин, механизмов и судовой арматуры.