Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,118

ВЫЯВЛЕНИЕ ЭМПИРИЧЕСКИХ ЗАВИСИМОСТЕЙ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ УСТРОЙСТВА ДЛЯ НАЛОЖЕНИЯ ВИБРАЦИЙ НА ОСЕВОЕ УСИЛИЕ ПРИ СВЕРЛЕНИИ ОТВЕРСТИЙ МАЛОГО ДИАМЕТРА

Емельянов С.Г. 1 Разумов М.С. 1 Гречухин А.Н. 1 Сидорова В.В. 1
1 ФГБОУ ВО «Юго-Западный государственный университет»
В работе рассмотрен вопрос формообразования глубоких отверстий малого диаметра в труднообрабатываемых металлах и сплавах на примере титана посредством вибрационного резания. Проведен анализ существующих конструкций механизмов вибровозбудителей и предложено устройство для реализации сверления с наложением осевых колебаний, создаваемых постоянными магнитами. Проведены экспериментальные исследования по выявлению влияния конструктивных параметров устройства для наложения вибраций. В частности, эмпирическим методом были получены значения силы постоянных магнитов в составе устройства для вибрационного резания в зависимости от расстояния между ними, при постоянных диаметре и высоте цилиндрического магнита; так же получены значения силы постоянных магнитов при постоянном расстоянии между магнитами и переменных диаметре и высоте цилиндрического магнита. На основании этих данных была получена эмпирическая зависимость по определению силы постоянных магнитов в зависимости от вышеуказанных конструктивных параметров устройства для вибрационного резания Результаты эксперимента могут быть применены при выборе и расчете конструктивных параметров устройства для сверления с наложением осевых колебаний.
металлорежущий инструмент
вибрационное резание
титановые сплавы
1. Патент РФ № 147317 /10.11.2014.
2. Область применения титановых сплавов // URL: http://www.mazprom.ru/spravochnik/oblasti-primeneniya (дата обращения 27.08.2015).
3. Сидорова В.В. Анализ методов расчета металлорежущего инструмента на жесткость при сверлении / В.В. Сидорова, М.С. Разумов, А.Н. Гречухин // Молодые ученые – основа будущего машиностроения и строительства: сб. науч. трудов Международной научно-практической конференции / Юго-Зап. гос. ун-т. – Курск, 2014. – С. 323–326.
4. Сидорова В.В. Исследование влияния осевой нагрузки на спиральное сверло с цилиндрическим хвостовиком / В.В. Сидорова, М.С. Разумов // Инновации в науке, технике и технологиях: сб. науч. ст. Всероссийской научно-технической конференции / Ижевский гос. техн. ун-т. им. М.Т. Калашникова – Ижевск, 2014. – С. 242–243.
5. Сидорова В.В. Повышение производительности вибрационного сверления отверстий малого диаметра в заготовках из титановых сплавов / В.В. Сидорова, М.С. Разумов // Интеграция науки и практики как условие экономического роста: сб. науч. трудов VII Международной научно-технической конференции / Ульяновский гос. техн. ун-т. – Ульяновск, 2014. – С. 11–12.
6. Сидорова В.В. Расчет силовых параметров вибрационного резания / В.В. Сидорова, М.С. Разумов, А.Н. Гречухин // Будущее машиностроения России: сб. науч. трудов Седьмой Всероссийской конференции молодых ученых и специалистов. / Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана – Мю, 2014. – С. 10–11.
7. Сидорова В.В. Устройство для вибрационного сверления / В.В. Сидорова, М.С. Разумов // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии – 2014. – № 4 (306). – С. 51–54.
8. Razumov M.S. Automated control of process conditions during drilling with imposition of vibrations / M.S. Razumov, V.V. Sidorova, A.N. Grechukhin // Metallurgical and Mining Industry – 2014. – № 5. – P. 20–24.

Титан и его сплавы находят все более широкое применение в различных отраслях промышленности. Сравнительно высокая стоимость титана и его сплавов компенсируется высокими эксплуатационными характеристиками металла, в некоторых случаях титановые сплавы являются единственным материалом, из которого можно изготовить работоспособную конструкцию [1].

Для получения транспортабельной формы стружки в виде отдельных сегментов, колец, коротких завитков или сплошной пружины применяют специальные способы стружкозавивания и стружколомания. При сверлении имеет место значительное трение стружки о поверхность канавок сверла, трение стружки и сверла об обработанную поверхность. Решением данной проблемы служит сверление отверстий с наложением вибрационных колебаний на осевой инструмент [2]. Такой способ сверления получил название вибрационного резания. Он характеризуется тем, что инструменту наряду с основным вращательным движением сообщается колебательное движение относительно обрабатываемой заготовки. Его применяют для дробления стружки при обработке труднообрабатываемых материалов [3].

В настоящее время большое распространение получили механические и электромагнитные вибровозбудители, однако сложная конструкция увеличивает себестоимость обработки. Применение вибрационного оборудования на основе постоянных магнитов позволит значительно снизить его себестоимость [4].

На кафедре «Машиностроительные технологии и оборудование» Юго-Западного государственного университета спроектировано устройство для реализации вибрационного сверления [5]. Сущность изобретения заключается в том, что вибрации создаются за счет взаимодействия подвижных и неподвижных неодимовых магнитов, вследствие того, что при перемещении меняется их полярность [6]. С целью снижения затрат на производство данного вида устройств предлагается подвижную часть устройства выполнить из немагнитного материала с вставками из магнитного материала вместо неодимовых магнитов, что также создаст вибрации. Недостатком данной конструкции является снижение усилия вибраций.

С целью определения влияния различных факторов на величину усилия постоянных магнитов были проведены экспериментальные исследования. Эксперимент проводился следующим образом: в патроне фрезерного станка закрепляется тензодатчик балочного типа. К предварительно откалиброванному тензодатчику был подключен блок индикации и закреплены экспериментальные образцы магнитов.

Схема установки для проведения экспериментальных исследований представлена на рис. 2.

pic_18.tif

Рис. 1. Устройство для вибрационного сверления: 1 – корпус; 2 – крышка корпуса; 3, 4 – подшипники; 5 – входной вал; 6 – гибкая связь; 7 – выходной вал; 8 – магниты; 9, 10 – магнитные корпуса; 11, 12 – магниты; 13 – гайка; 14 – подшипник; 15, 16, 17, 18 – упорные подшипники; 19, 20 – пружины

pic_19.tif

Рис. 2. Схема установки для проведения экспериментальных исследований с целью определения усилий постоянных магнитов

pic_20.tif

Рис. 3. Фрагмент проведения экспериментальных исследований

На станине фрезерного станка был закреплен цилиндр из металлического материала на пластине из немагнитного материала. Передвижение рабочего стола фрезерного станка позволяло с точностью до 0,001 мм регулировать расстояние между испытуемыми образцами, что фиксировалось на мониторе фрезерного станка, а блок индикации показывал создаваемое усилие.

В ходе экспериментальных исследований были проведены серии исследований с постоянными магнитами диаметром 10 мм и высотой 5, 10, 15, 20, 25, 30, данные представлены на рис. 4.

pic_21.tif

Рис. 4. График зависимости силы постоянных магнитов от расстояния при вибрационном резании при различной высоте испытуемых магнитов

 

Таким образом, при постоянном диаметре и различной высоте можно определить влияние данного параметра на усилие осевых колебаний. В ходе эксперимента также изменялось расстояние между постоянными магнитами и цилиндром из металлического материала, тем самым имитировалось изменение амплитуды колебания.

Также экспериментальные исследования были проведены с постоянными магнитами высотой 10 мм и диаметром 5, 10, 15, 20, 25, 30, данные представлены на рис. 5. Методика проведения испытания соответствовала первым сериям экспериментов.

Результаты эксперимента показывают влияние габаритных параметров магнитов и расстояния между вставками из магнитного материала на усилие вибраций. Ранее были проведены исследования, целью которых было выявить требуемое усилие осевых колебаний при сверлении отверстий малого диаметра с использованием в качестве инструмента спирального сверла [7]. Таким образом, зная влияние габаритных параметров, амплитуду колебаний и требуемое усилие для осевых колебаний, авторы выбрали диапазоны конструктивных параметров для устройства, позволяющего выполнить процесс сверления отверстий малого диаметра с наложением вибраций [8]. После чего была составлена матрица эксперимента, представленная в таблице, и проведена серия экспериментов согласно данной таблице, которые позволили получить эмпирическую зависимость влияния технологических параметров на устройства для сверления отверстий малого диаметра на усилии осевых колебаний.

Результаты эксперимента показывают влияние конструктивных параметров устройства для сверления отверстий малого диаметра с наложением вибраций на силу осевых колебаний.

Матрица эксперимента (таблица), а так же полученная эмпирическая зависимость представлены ниже

emelyan03.wmf.

pic_22.tif

Рис. 5. График зависимости силы постоянных магнитов от расстояния при вибрационном резании при различных диаметрах испытуемых магнитов

№ п/п

Х1

Х2

Х3

Погрешность

lnΔ1

lnΔ2

lnΔ3

emelyan01.wmf

Код

L

код

D

код

H

Δ1

Δ2

Δ3

emelyan02.wmf

1

0,1

15

5

3248

3199

3294

3247

8,0858

8,0706

8,0999

8,0855

2

+

2

15

5

1195

1256

1246

1232,333

7,0859

7,1357

7,1277

7,1167

3

0,1

+

30

5

5253

5229

5216

5232,667

8,5666

8,5620

8,5595

8,5627

4

+

2

+

30

5

2067

2015

2122

2068

7,6339

7,6084

7,6601

7,6343

5

0,1

15

+

10

6016

5983

5989

5996

8,7022

8,6967

8,6977

8,6988

6

+

2

15

+

10

2379

2371

2374

2374,667

7,7744

7,7711

7,7723

7,7726

7

0,1

+

30

+

10

8045

7979

8071

8031,667

8,9928

8,9846

8,9960

8,9911

8

+

2

+

30

+

10

5581

5832

5945

5786

8,6271

8,6711

8,6903

8,6632

Данные исследования позволили проанализировать влияние исследуемых параметров и выявить диапазон изменения, который учитывает характеристики технологического процесса сверления отверстий малого диаметра в труднообрабатываемых материалах. В рамках данного диапазона была получена эмпирическая зависимость. Данные исследования могут быть полезны при выборе и расчете конструктивных особенностей устройства для сверления, с наложением осевых вибраций исходя из требований технологического процесса сверления сложнообрабатываемых материалов

Работа была выполнена при финансовой поддержке гранта президента Российской Федерации по государственной поддержке молодых российских ученых – кандидатов наук МК в-2653.2014.8.

Рецензенты:

Кобелев Н.С., д.т.н. профессор, заведующий кафедрой теплогазоводоснабжения, заслуженный изобретатель РФ, ФГБОУ ВО «Юго-Западный государственный университет», г. Курск;

Колмыков В.И., д.т.н., профессор, ФГБОУ ВО «Юго-Западный государственный университет», г. Курск.



Библиографическая ссылка

Емельянов С.Г., Разумов М.С., Гречухин А.Н., Сидорова В.В. ВЫЯВЛЕНИЕ ЭМПИРИЧЕСКИХ ЗАВИСИМОСТЕЙ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ УСТРОЙСТВА ДЛЯ НАЛОЖЕНИЯ ВИБРАЦИЙ НА ОСЕВОЕ УСИЛИЕ ПРИ СВЕРЛЕНИИ ОТВЕРСТИЙ МАЛОГО ДИАМЕТРА // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 10-3. – С. 484-488;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=39242 (дата обращения: 21.11.2018).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252