close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Влияние вибраций на точность и качество поверхности отверстий при сверлении..pdf

код для вставкиСкачать
Механика и машиностроение
Таким образом, программный комплекс «PAMSTAMP» при разработке технологического процесса
эластоформования реальной детали позволил спрогнозировать появление дефектов и отработать конструктивно-технологические мероприятия по их
предотвращению, а также сформировать геометрическую модель рабочей поверхности оснастки, способную учесть величину пружинения. Применение
средств технологического анализа позволяет сократить сроки и затраты на подготовку производства, а
также уменьшить трудоемкость доводочных работ при
изготовлении деталей.
Представленная в рамках данной статьи работа проводится при финансовой поддержке Правительства Российской Федерации (Минобрнауки России) по комплексному проекту 2012-218-03-120 «Автоматизация и повышение эффективности процессов изготовления и подготовки производства изделий авиатехники нового поколения на базе Научнопроизводственной корпорации «Иркут» с научным
сопровождением Иркутского государственного технического университета» согласно Постановлению
Правительства Российской Федерации от 9 апреля
2010 г. № 218.
Библиографический список
1. Исаченков Е.И. Штамповка эластичными и жидкостными средами. М.: Машиностроение, 1976. 206 с.
УДК 621.95.01
ВЛИЯНИЕ ВИБРАЦИЙ НА ТОЧНОСТЬ И КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТИ ОТВЕРСТИЙ ПРИ
СВЕРЛЕНИИ
© А.В. Савилов1, А.С. Пятых2
Иркутский государственный технический университет,
664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Приведены результаты исследования влияния вибраций на точность и качество поверхности отверстий при
сверлении алюминиевого сплава В95пчТ2 сверлом R840-100-50-A1A 1220, а также результаты исследования по
определению зависимости отклонения диаметра отверстия и шероховатости поверхности от скорости резания и
величины подачи. Рассмотрены результаты применения модального анализа для определения оптимальных
режимов резания при сверлении отверстий цельными твердосплавными сверлами.
Ил.19. Табл. 2. Библиогр.11 назв.
Ключевые слова: сверление; сверло; вибрации; отверстия; шероховатость; модальный анализ.
VIBRATION EFFECT ON ACCURACY AND QUALITY OF HOLE SURFACE UNDER DRILLING
A.V. Savilov, A.S. Pyatykh
Irkutsk State Technical University,
83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
The article presents the results of studying the vibration effect on the accuracy and quality of hole surface when drilling
aluminum alloy of В95пчТ2 with the drill of R840-100-50-A1A 1220. It reports on the conducted researches on determining the dependence of hole diameter departure and surface roughness on the cutting speed and feed rate. The results of
using modal analysis to determine the optimal cutting modes when drilling holes with solid carbide drills have been considered.
19 figures. 2 table. 11 sources.
Key words: drilling; drill; vibrations; holes; roughness; modal analysis.
В зависимости от назначения отверстия отличаются по точности, качеству, сочетанию диаметра и
глубины. В настоящее время производители инструмента предлагают эффективные решения для обработки всех типов отверстий. Однако для эффективного использования самых современных инструментов
недостаточно простого следования рекомендациям
поставщиков, приведённых в каталогах. Одной из основных причин, не позволяющей реализовать возможности режущего инструмента, являются вибрации.
Они ограничивают возможность повышения режимов
резания и производительности труда.
Колебания инструмента относительно заготовки
вызывают периодическое изменение толщины срезаемого слоя и сил резания, изменение величины и характера нагрузок на станок, возрастающих в несколько
раз по сравнению с устойчивым резанием. Даже слабые вибрации технологической системы препятствуют
достижению высокого класса шероховатости и получению отверстий с заданной точностью. Стойкость
___________________________
1
Савилов Андрей Владиславович, кандидат технических наук, доцент кафедры оборудования и автоматизации авиамашиностроения, тел.: 89148711574, e-mail: saw@irkut.ru
Savilov Andrei, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Equipment and Automation of Aircraf t
Engineering, tel.: 89148711574, e-mail: saw@irkut.ru
2
Пятых Алексей Сергеевич, аспирант, тел.: 89500691877, e-mail: alexess@istu.edu
Pyatykh Aleksei, Postgraduate, tel.: 89500691877, e-mail: alexess@istu.edu
ВЕСТНИК ИрГТУ №12 (83) 2013
103
Механика и машиностроение
инструмента, особенно твердосплавного и минералокерамического, значительно снижается. Знакопеременные динамические нагрузки снижают ресурс станка. При возникновении вибраций приходится уменьшать режимы резания, вследствие чего снижается
производительность и полностью не используется
мощность станка.
Кроме снижения режимов резания, экономические
показатели процесса ухудшаются за счёт удлинения
технологической цепочки. Например, при невозможности добиться заданной точности отверстия при сверлении дополнительно используют развёртывание или
растачивание.
В статье показана зависимость размерной точности и качества поверхности отверстия от вибраций
при резании. Также приведён пример использования
метода модального анализа для определения оптимальных режимов резания.
Режимы резания для сверления, как и для других
операций механообработки, назначаются по рекомендациям производителя инструмента. Рассмотрим процедуру назначения режимов резания на примере
твердосплавного сверла R840-1000-50-A1A 1220,
Sandvik Coromant. Данное сверло позволяет сверлить
отверстия глубиной до 45 мм с точностью IT8-IT10 и
шероховатостью Ra=1-2 мкм [7]. В качестве обрабатываемого материала выбирается алюминиевый сплав
В95пчТ2. Рекомендуемые производителем режимы
резания для указанного случая приведены в табл. 1.
Как следует из табл. 1, подача и скорость резания
находятся в некоторых диапазонах. Конкретное значение необходимо выбрать исходя из условий обработки. При этом какая-либо методика по расчёту конкретной величины подачи и скорости резания производителями инструмента не предлагается.
Электронные справочники по расчёту режимов резания также учитывают только механические свойства, химический состав обрабатываемого материала
и в некоторых случаях тип заготовки, но не рассматривают жёсткость и вибрационные параметры технологической системы.
Обращает на себя внимание тот факт, что производительность процесса сверления может теоретически отличаться в четыре раза. Это отражается на технологической себестоимости деталей [1]. Как правило,
в условиях реального производства скорость резания
и подача подбираются опытным путём. Это занимает
определённое время, в течение которого производительность процесса может быть ниже той, которую
можно достигнуть в данной технологической системе.
Данной тематике посвящен ряд научных исследований, авторы которых рассматривали связь формы и
состояния обработанной поверхности с технологиче-
скими параметрами [2–6]. Наиболее глубокий, учитывающий большое количество факторов анализ выполнен в работах Roukema, Altintas [9–11]. В этих статьях
проанализированы варианты крутильных и поперечных вибраций при сверлении и их влияние на форму
отверстия. Показано состояние поверхности дна отверстия при различных сочетаниях крутильных и поперечных вибраций. Однако не даны количественные
показатели шероховатости, полученные при различных опытах, хотя, как известно, именно параметры
шероховатости Ra и Rz являются актуальными при обработке отверстий в производственных условиях. Экспериментальная часть была выполнена с использованием сверла из быстрорежущей стали с отношением
вылета из патрона к диаметру режущей части 11Dc.
Обычно при таком соотношении требуется пилотное
отверстие или как минимум предварительное применение центровочного сверла.
Сверло, рассматриваемое в данной статье, не
требует предварительного центрования и имеет отношение вылета к диаметру 6Dc. Учитывая тот факт,
что сверло изготовлено из твёрдого сплава, можно
считать, что влияние крутильных колебаний на процесс сверления является минимальным.
При проведении эксперимента было использовано
рассмотренное выше сверло R840-1000-50-A1A 1220,
Sandvik Coromant. Сверло было зажато в гидромеханический патрон типа CoroGrip. Обработка проводилась на фрезерном обрабатывающем центре DMG
DMC635V. В качестве заготовки использовалась плита
из деформируемого алюминиевого сплава В95пчT2,
применяемого при изготовлении авиационных деталей. Глубина отверстия составила 20 мм. Сверление
выполнялось по целому без предварительной центровки. В качестве охлаждения применялся сжатый
воздух.
На основе стартовых режимов резания (см.
табл.1) проведены исследования по определению
зависимости отклонения диаметра отверстия и шероховатости поверхности от скорости резания. При обработке выполнялись замеры вибрации с помощью
модуля MALDAQ, входящего в состав комплекса CutPro [8]. Графики вибраций при фиксированной поддаче fn=0,30 мм/об приведены на рис. 1–6.
Из анализа вибраций (см. рис. 1–6) следует, что
наиболее стабильное резание имеет место в последнем опыте при n=7321 об/мин (см. рис. 6). Скорость
резания при этом составляет 230 м/мин.
После сверления были измерены шероховатость
поверхности отверстий и форма отверстий. Зависимость отклонения диаметра от скорости резания приведена на рис. 7, а зависимость шероховатости от
скорости резания – на рис. 8.
Таблица 1
Рекомендуемые режимы резания для сверла R840-1000-50-A1A 1220
Диаметр
Dc, мм
Подача на оборот
Fn, мм/об
Скорость резания
Vc, м/мин
Частота вращения
шпинделя n, об/мин
Подача стола
Vf, мм/мин
10
0,2..0,4
120..230
3820..7321
764...2928
104
ВЕСТНИК ИрГТУ №12 (83) 2013
Механика и машиностроение
Рис. 1. Измеренные вибрации: fn=0,30 мм/об, n=3820 об/мин
Рис. 2. Измеренные вибрации: fn=0,30 мм/об, n=4456 об/мин
Рис. 3. Измеренные вибрации: fn=0,30 мм/об, n=5093 об/мин
Рис. 4. Измеренные вибрации: fn=0,30 мм/об, n=5730 об/мин
ВЕСТНИК ИрГТУ №12 (83) 2013
105
Механика и машиностроение
Рис. 5. Измеренные вибрации: fn=0,30 мм/об, n=6685 об/мин
Рис. 6. Измеренные вибрации: fn=0,30 мм/об, n=7321 об/мин
Рис. 7. Зависимость отклонения диаметра отверстия от скорости резания
Как следует из рис. 7, минимальное отклонение
диаметра отверстия получено при сверлении с
максимальной скоростью резания 230 м/мин (n=7321
об/мин). Учитывая тот факт, что для диаметра
отверстия 10 мм отклонение 15 мкм соответствует
квалитету IT7, можно считать полученный результат
вполне успешным. Отклонение для квалитета IT8,
который гарантируется поставщиком инструмента,
составляет 22 мкм.
Зависимость шероховатости от скорости резания
имеет более сложный и неоднозначный характер.
Лучший результат зафиксирован при сверлении со
106
скоростью резания 160 м/мин (n=5093 об/мин). Учитывая тот факт, что вибрации при данной частоте вращения выше, чем при n=7321 об/мин, а также принимая во внимание тот факт, что сверление проводилось без использования эмульсии, можно предположить, что ухудшение шероховатости обусловлено
наростом материала на режущих кромках сверла.
В следующем опыте проводилась обработка при
фиксированной скорости резания 170 м/мин (n=5411
об/мин) с варьированием подачи в диапазоне от 0,2
до 0,4 мм/об. Результаты измерения вибрации приведены на рис. 9–14.
ВЕСТНИК ИрГТУ №12 (83) 2013
Механика и машиностроение
Рис. 8. Зависимость шероховатости поверхности отверстия от скорости резания
Рис. 9. Измеренные вибрации: fn=0,20 мм/об, n=5411 об/мин
Рис. 10. Измеренные вибрации: fn=0,24 мм/об, n=5411 об/мин
Рис. 11. Измеренные вибрации: fn=0,28 мм/об, n=5411 об/мин
ВЕСТНИК ИрГТУ №12 (83) 2013
107
Механика и машиностроение
Рис. 12. Измеренные вибрации: fn=0,32 мм/об, n=5411 об/мин
Рис. 13. Измеренные вибрации: fn=0,36 мм/об, n=5411 об/мин
Рис. 14. Измеренные вибрации: fn=0,4 мм/об, n=5411 об/мин
Как следует из рис. 9–14, вибрации во всех случаях значительно превосходят имеющие место при обработке с fn=0,30 мм/об, n=7321 об/мин (см. рис. 6).
Зависимость отклонения диаметра от подачи приведена на рис. 15, а зависимость шероховатости от
подачи – на рис. 16.
Рис. 15. Зависимость отклонения диаметра отверстия от подачи
108
ВЕСТНИК ИрГТУ №12 (83) 2013
Механика и машиностроение
Рис. 16. Зависимость шероховатости поверхности отверстия от подачи
Как следует из рис. 15, минимальное отклонение
зафиксировано при подаче 0,32 мм/об. В этом случае
также достигается квалитет IT7.
Наилучшая шероховатость была получена при
сверлении с подачей 0,36 мм/об.
После испытаний инструмента на различных режимах резания был проведен модальный анализ технологической системы с использованием комплекса
MAL CutPro.
При помощи аппаратно-программного комплекса
MAL был проведен модальный анализ инструментальной наладки. Расчетная передаточная функция
инструментальной наладки на базе сверла R840-100050-A1A 1220, полученная в результате “Tape”-теста,
приведена на рис.17.
После этого была получена математическая модель (рис. 18) и ее модальные характеристики (табл.
2).
После были заданы следующие входные параметры для расчёта зон стабильного резания в программном модуле CutPro: ap = 20 мм, fn = 0,3 мм/об.
Рассчитанная диаграмма стабильного резания приведена на рис. 19.
Рис. 17. Передаточная функция технологической системы
Рис. 18. Колебательная модель технологической системы
ВЕСТНИК ИрГТУ №12 (83) 2013
109
Механика и машиностроение
Таблица 2
Мода
Вид
1
N/A
Модальные характеристики инструментальной наладки
Частота,
Коэффициент
Остаток
Остаток (Im),
Модальная
Гц
демпфирования, %
(Re), м/Н
м/Н
жесткость, Н/м
1613,2107
1,557
-4,8820E-05
-4,0400E-04
1,2546E+07
Масса,
кг
0,1221
Рис. 19. Диаграмма областей стабильного резания
Анализ диаграммы областей стабильного резания
для инструментальной наладки на базе сверла R8401000-50-A1A 1220 показывает, что при использовании
станка DMC 635V максимальная допустимая глубина
резания составляет 23 мм за один проход. Также из
данной диаграммы следует, что частота вращения, на
которой зафиксированы минимальные вибрации,
находится в зоне стабильного резания, середина которой соответствует частоте вращения шпинделя
7280 об/мин (Vc=228 м/мин).
Таким образом, в результате проведённых экспериментов определены режимы резания, на которых
достигается высокая точность и качество поверхности
отверстия при сверлении твердосплавным сверлом
R840-1000-50-A1A 1220, Sandvik. Практические результаты подтверждаются данными, полученными при
помощи модального анализа технологической системы, который проведён с помощью комплекса CutPro,
MAL. Следовательно, модальный анализ может применяться для определения оптимальных режимов
резания при сверлении отверстий с высоким квалитетом для твердосплавных свёрл с отношением вылета
к диаметру до 6Dc. Применение данного метода позволит сократить затраты на проведение опытных работ, что особенно важно в производственных условиях.
Для повышения качества поверхности и уточнения
зависимости шероховатости поверхности отверстия от
скорости резания необходимо проведение эксперимента с использованием эмульсии, подаваемой через
инструмент, для улучшения эвакуации стружки и
охлаждения режущих кромок для избегания нароста.
Представленная в рамках данной статьи работа проводится при финансовой поддержке Правительства Российской Федерации (Минобрнауки России) по комплексному проекту 2012-218-03-120 «Автоматизация и повышение эффективности процессов изготовления и подготовки производства изделий авиатехники нового поколения на базе Научнопроизводственной корпорации «Иркут» с научным
сопровождением Иркутского государственного технического университета» согласно Постановлению
Правительства Российской Федерации от 9 апреля
2010 г. № 218.
Библиографический список
1. Современное состояние производства высокопроизводистий спиральными сверлами путем управления динамичетельного режущего инструмента из порошковых быстрорескими составляющими процесса: автореф. дис. ... канд.
жущих сталей и твердых сплавов / А.В. Савилов [и др.] //
техн. наук: 05.02.08. М.: ЧГТУ, 1995. 19 с.
Вестник Иркутского государственного технического универ7. Руководство по обработке отверстий. Sandvik Coromant.
ситета. 2013. №6. С.26–33.
Швеция, типография Sandvikens Tryckeri, 2006. 240 с.
2. Макаров А.Д. Оптимизация процессов резания. М.: Маши8. Оптимизация процессов механообработки на основе моностроение, 1976. 270 с.
дального и динамометрического анализа / А.В. Савилов [и
3. Грановский Г.И., Грановский В.Г. Резание металлов:
др.] // Наука и технологии в промышленности. 2013. №1–2.
учебник для машиностр. и приборостр. спец. вузов. М.:
С.42–46.
Высш. шк., 1985. 304 с.
9. J.C. Roukema, Y. Altintas. Kinematic model of dynamic drill4. Огневенко Е.С. Повышение производительности обработing process, IMECE2004-59340, in: ASME International Meки отверстий путём выбора оптимальных режимов резания
chanical Engineering Congress 2004, Anaheim, CA., pp.13–20
на основе динамики процесса сверления: автореф. дис. …
10. J.C. Roukema, Y. Altintas Generalized modeling of drilling
канд. техн. наук: 05.02.08. М.: АлтГТУ им. И.И. Ползунова,
vibrations. Part I: Time domain model of drilling kinematics, dy2010. 16 с.
namics and hole formation International Journal of Machine
5. Салабаев Д.Е. Повышение точности при сверлении отTools & Manufacture. 47 (2007), pp. 1455–1473.
верстий путем динамической настройки технологической
11. J.C. Roukema, Y. Altintas. Generalized modeling of drilling
системы: автореф. дис. ...канд. техн. наук: 05.02.08. М.: ТГУ,
vibrations: Part II: Chatter stability in frequency domain, Interna2005. 20 с.
tional Journal of Machine Tools & Manufacture. 47 (2007), pp.
6. Сергеев С.В. Повышение точности при сверлении отвер1474–1485.
110
ВЕСТНИК ИрГТУ №12 (83) 2013
Механика и машиностроение
УДК 621.74
ПОИСК ПУТЕЙ УСТРАНЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ ДЕФЕКТОВ В ОТЛИВКАХ СРЕДСТВАМИ
ВИРТУАЛЬНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ЛИТЬЯ
© Е.И. Унагаев1, С.А. Осипов2
Иркутский государственный технический университет,
664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Рассмотрен процесс поиска путей устранения литейных дефектов при различных методах литья средствами
виртуального моделирования. Предложены решения по устранению дефектов литья, а также улучшению ряда
технологических процессов литья с использованием современных инструментов виртуального технологического
моделирования.
Ил. 3. Табл. 3. Библиогр. 6 назв.
Ключевые слова: литье в песчано-глинистые формы; литье в кокиль; литье по выплавляемым моделям; моделирование технологических процессов.
SEARCH FOR METHODS TO ELIMINATE CASTING DEFECTS IN CAST PRODUCTS BY VIRTUAL SIMULATION
OF CASTING
E.I. Unagaev, S.A. Osipov
Irkutsk State Technical University,
83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
The article treats the process of searching the methods to eliminate casting defects under different methods of casting by
means of virtual simulation. It proposes the solutions to eliminate casting defects. A number of technological processes
of casting have been improved using modern tools of virtual technological simulation.
3 figures. 3 tables. 6 sources.
Key words: sand-clay molding; permanent mold casting; investment casting (lost-wax casting); modeling technological
processes.
Литейные процессы изготовления изделий являются сложными многофакторными технологическими
процессами, затраты на реализацию которых возрастают пропорционально сложности детали. Особенно
это актуально при освоении в производстве новых
деталей, когда требуется значительное время на отладку технологии и устранение литейных дефектов
традиционными методами проб и ошибок.
Виртуальное моделирование процессов изготовления отливок позволяет определить и решить многие
проблемы, которые возникают в реальном технологическом процессе, обеспечить повышение экономической эффективности и конкурентоспособности литейного производства в целом.
Задача моделирования технологических процессов состоит в том, чтобы перенести процесс разработки технологии и опытное изготовление детали из цеха
на экран компьютера, где за несколько дней, а иногда
и часов технолог может подобрать оптимальные параметры процесса, геометрию литниково-питающей
системы (ЛПС), конструкцию элементов формы. При
традиционном цикле подготовки производства процесс отладки и доводки технологии часто занимает
несколько месяцев и сопряжен со значительными расходами.
В ИрГТУ выполняется комплекс работ по теме
«Разработка и совершенствование технологических
процессов и конструкций средств технологического
оснащения для изготовления деталей сложной формы
на основе технологии виртуального моделирования» в
рамках реализации совместного с Иркутским авиационным заводом проекта при финансовой поддержке
Минобрнауки РФ согласно Постановлению Правительства РФ от 09.04.2010 г.
Результатом работ по второму этапу стал поиск
путей по устранению дефектов отливок для проблемных технологических процессов с различными видами
литья.
Отливка «Кронштейн» из стали 35ХГСЛ (рис. 1)
изготавливается литьем по выплавляемым моделям.
Предварительный нагрев формы происходит до температуры 900°С, а заливаемый сплав разогревается
до температуры 1530°С.
Виртуальное моделирование технологического
процесса в программном комплексе ProCAST позволило выявить проблемную зону: в стенках отливки
наблюдается образование пористости. Обнаруженный
дефект по своему местоположению совпадает с дефектами, возникающими при изготовлении реальных
отливок (табл. 1, строка 1).
Для устранения дефектов литья произведено изменение литниковой питающей системы (ЛПС) (табл.
1, строка 2). Добавлен питатель напротив зоны дефекта в плоской части отливки.
___________________________
1
Унагаев Евгений Иванович, программист 1 кат. УНЦ «Autodesk», тел.: 89500881895, e-mail: unagaev@istu.edu
Unagaev Evgeny, First Category Programmer of the of Educational and Scientific center “Autodesk”, tel.: 89500881895, e-mail: unagaev@istu.edu
2
Осипов Сергей Александрович, начальник УНЦ «Autodesk», тел.: 89025118060, e-mail: osipov_sa@istu.edu
Osipov Sergey, Head of the Educational and Scientific center “Autodesk”, tel.: 89025118060, e-mail: osipov_sa@istu.edu
ВЕСТНИК ИрГТУ №12 (83) 2013
111
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
16
Размер файла
666 Кб
Теги
отверстий, точности, сверление, влияние, качества, pdf, поверхности, вибрация
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа