Разработка способов удаления стружки при соответствующем управлении ее формой с целью повышения надежности работы метчиков при нарезании резьб в глухих отверстиях

Станкостроительная промышленность во всем мире выполняет фондообразующую функцию в техническом оснащении промышленности в целом. Уровень развития станкостроения в значительной степени определяет степень технологичности и экономической независимости страны. Направление развития этой отрасли устанавливаются, исходя из условий эффективного использования ее продукции для внедрения перспективных технологий в металлообработке и машиностроения в целом, конкурентоспособности продукции на внутреннем и особенно на зарубежном рынке.

Основными отраслями-потребителями станков в России являются автомобилестроение, сельхозмашиностроение, авиационно-космическая промышленность, тяжелое и энергетическое машиностроение и другие отрасли, изготавливающие бытовую технику и товары народного потребления.

Развитие отрасли станкостроения в настоящее время строится на основе прогнозирования и тех возможностей, которыми располагают предприятия, сохранившие традиции и свои специализации. Эти прогнозы осуществляются как решение следующих трехвариантных задач.

Оптимистический" вариант развития основан на тенденции макроэкономической стабилизации, медленного роста промышленного производства, в том числе, станкостроения.

Умеренный" вариант развития предусматривает смягчение бюджетной политики, государственную поддержку инвестиций, переход от снижения инфляции к ее росту с последующим возвратом к политике подавления инфляции.

Для «пессимистического» варианта характерно отсутствие решительного реформирования экономики, сохранение высокой инфляции, неизбежное субсидирование предприятий, истощение промышленного потенциала и, как следствие, движение производства от стагнации к спаду.

Предприятиям машиностроения и металлообработки необходим парк металлообрабатывающих станков с определенными технологическими возможностями. Потребность в станках определяется из условий преобразования парка до перестроечного периода в те прогнозные данные, которые определят устойчивость конкретного предприятия на рынке машиностроительной продукции.

Оптимистический" и «умеренный» варианты развития станкостроения не исключают использования метода повышения технологических возможностей металлорежущих станков по принципу их модернизации, если ранее использовавшийся процесс формообразования был надежен, а параметрическое изменение станка необходимо проводить только с учетом новых габаритов продукции предприятия. Могут быть и другие причины, связанные с модернизацией станка, но привлекательность здесь заключается в относительно меньших затратах, связанных с созданием необходимого для производства станка.

В последние годы на предприятиях автомобильной промышленности большое внимание уделяется обеспечению надежности процесса формообразования связанного с нарезанием резьбы метчиками в глухих отверстиях стальных и чугунных деталей.

Актуальность работы. Нарезание резьбы в глухих и сквозных отверстиях в деталях машиностроения составляет по трудоемкости изготовления около 12% от общей трудоемкости изготовления, например, корпусных деталей. Из опыта работы предприятий машиностроения известно, что одним из «узких» мест в технологии обработки деталей является машинное нарезание резьбы метчиками. Только по данным завода АМО ЗИЛ примерно 80% всей массы отказов при нарезании резьбы происходит из-за поломок метчиков при реверсировании, и как следствие, это влечет за собой возникновение брака и простой автоматизированного оборудования. Если учесть, что нарезание резьбы является почти одной из последних операций по обработке деталей (особенно корпусных), то надежность работы резьбонарезного инструмента напрямую связана с экономическими показателями предприятия в целом. Это объясняется тем, что поломка и заклинивание инструмента приводит к появлению практически неисправимого брака.

Вопросу совершенствования технологических процессов формирования резьбы посвящено немало работ таких ученых как: Басов М. И., Дейнеко В. Г., Семенченко И. И., Загурский В. И., Матвеев В. В., Зорев Н. Н., Таратынов О. В., Аверьянов О. И., Никифоров А. Д., Писарский М. И., Подураев В. И., Ша-гун В.И., Грудов А. А., Комаров П. И., Гольфельд М. Х., Мирнов И. Я., Анд-рейчиков Щ.С., Можин Н. А., Якухин В. Г. и ряда других авторов. Существует большое количество запатентованных конструктивных решений по метчику, обеспечивающих повышение надежности его работы. Получены положительные результаты при обработке точной резьбы. Изучены различные факторы, влияющие на процесс формообразования резьбы, а также разработаны математические модели и экспериментальные методики изучения и раскрытия физической сути рассматриваемой технологической операции.

Наименее освещенным является вопрос однопроходного нарезания резьбы в глухих отверстиях метчиками малых и средних диаметров.

Настоящая диссертационная работа, являющаяся продолжением научных работ, проводимых на кафедре «Технология и металлорежущие системы автомобилестроения» МГИУ, посвящена проблеме совершенствования процесса нарезания резьбы метчиками методами воздействия на процесс струж-кообразования и повышения надежности процесса формообразования резьбы.

Целью диссертационной работы является обеспечение надежной работы процесса нарезания резьбы метчиками в глухих отверстиях деталей автомобильной промышленности за счет удаления объема снимаемой стружки из зоны резания.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

— установить особенности образования формы и размеров стружки на всех этапах процесса нарезания резьбы метчиками в глухих (закрытых) полостях отверстий;

— исследовать влияние свободного выбега метчика при отключении его с прямого вращения и оценить этот выбег с позиции сокращения объема пространства для сбора стружки;

— оценить влияние различных составов СОТС на форму и размеры стружки и распределение ее объемов, на дне отверстия и в канавках метчика;

— экспериментально доказать действительную причину защемления метчика в резьбе, вызывающую поломку режущего инструмента;

— выработать рекомендации для устранения причин поломок метчиков при нарезании резьбы в глухих отверстиях.

Методы исследования. Результаты работы получены на основе использования классических методов теории резания, математического и статистического анализа, основ математической теории экспериментов.

Научная новизна работы состоит в раскрытии и дополнении в теорию резания металлов особенности процесса стружкообразования при нарезании резьбы метчиками в отверстиях с закрытыми полостями (глухих), а также в разработке твердотельной модели на ЭВМ, обеспечивающей наглядную картину всего процесса резания.

Практическая ценность: полученные результаты исследования рекомендованы для практического использования в производственных условиях «ТРАНСИНЖСТРОЙ» и АМО ЗИЛ.

Основные результаты и положения, выносимые на защиту:

— аналитическое представление о процессе стружкообразования при нарезании резьбы метчиками в стальных деталях с глухими отверстиями;

— твердотельное моделирование системы инструмент — заготовка с целью раскрытия физической сути образования стружки при нарезании резьбы метчиками;

— оригинальную методику экспериментального исследования процесса стружкообразования с учетом специфики обработки глухих (закрытых) геометрических форм деталей;

— практические рекомендации по повышению надежности работы метчиков и пути дальнейшего совершенствования процесса в целом.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и списка использованной литературы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

1. Анализ известных научно-исследовательских работ по проблеме нарезания резьб метчиками свидетельствует о том, что причины, приводящие к поломке инструмента при прямом резании и реверсе, изучены недостаточно.

2. Подавляющая часть исследователей убеждена в том, что защемление метчиков при обратном движении (реверсе) из глухих отверстий происходит из-за стружки, занимающей пространство между дном отверстия и инструментом.

3. В настоящей работе раскрыт процесс образования стружки на различных этапах нарезания резьбы метчиками, определено распределение объемов стружки образовавшейся в процессе резания, как на дне, так и в стружечных канавках.

4. Получено выражения уточняющее реальные объемы донных стружек, образующиеся в процессе нарезания метрических резьб в глухих отверстиях.

5. Теоретически и экспериментально было установлено влияние свободного выбега метчика на сокращение объема пространства для сбора стружки.

6. Экспериментально подтверждено справедливость теоретических положений о причинах, вызывающих поломку метчиков из-за попадания стружки под заднюю поверхность зуба метчика.

7. Экспериментально доказано, что использование СОТС с высокой вязкостью исключают поломку метчиков при нарезании резьб в глухих отверстиях в связи с эвакуацией стружки из зоны резания.

8. Предложены практические рекомендации конструктивного и технологического характера, позволяющие снизить вероятность поломки метчиков, повышающие надежность работы и предупреждающие возможные причины заклинивания метчиков в глухих отверстиях.