ОЦЕНКА  ВЛИЯНИЯ  СУХОГО  ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО  ОХЛАЖДЕНИЯ  НА  ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ  ЗУБООБРАБАТЫВАЮЩЕГО  ИНСТРУМЕНТА

Щипанов  Анатолий  Владимирович

канд.  техн.  наук,  доцент  Тольяттинского  государственного  университета,  РФ,  г.  Тольятти

E-mail: 

ASSESSMENT  OF  INFLUENCE  OF  DRY  ELECTROSTATIC  COOLING  ON  GEAR  CUTTING  TOOL  WEAR

Shchipanov  Anatoliy

PhD,  assistant  professor  of  Togliatti  State  University,  Russia,  Togliatti

АННОТАЦИЯ

В  статье  оценена  возможность  применения  сухого  электростатического  охлаждения  при  зубодолблении.  Проведены  исследования  зависимости  режима  обработки  на  износ  долбяка.

Abstract

In  article  possibility  of  application  dry  electrostatic  cooling  at  gear  shaping.  Researches  of  influence  of  a  cutting  conditions  on  tool  wear  gear  shaper  cutter  are  conducted. 

Ключевые  слова:   зубодолбление;  сухое  электростатическое  охлаждение;  режимы  резания;  износ  режущего  инструмента.

Keywords:   gear  shaping;  dry  electrostatic  cooling;  cutting  conditions;  tool  wear.

Многочисленные  исследования  показали  преимущества  сухого  резания,  являющегося  альтернативой  обработке  с  использованием  смазочно-охлаждающих  жидкостей  (СОЖ),  вследствие  высокой  экологичности  и  экономически  эффективности.  Охлаждение  зоны  резания  ионизированным  воздухом  является  одним  из  наиболее  перспективных  направлений  технологии  металлообработки  без  СОЖ. 

При  точении  с  использованием  метода  сухого  электростатического  охлаждения  (СЭО)  заметно  повышается  стойкость  режущего  инструмента  [1],  снижаются  силы  резания  [4],  особенно  эффективно  СЭО  в  тех  случая  обработки,  когда  применение  СОЖ  недопустимо  [2].  Эти  выводы  говорят  о  перспективности  СЭО  и  при  других  видах  механической  обработки,  в  частности  зубодолблении.  Таким  образом,  целью  исследования  является  оценка  влияния  СЭО  на  характер  износа  режущего  инструмента  при  нарезании  зубчатых  колес. 

При  зубодолблении  на  инструмент  воздействует  высокая  термическая  и  механическая  нагрузка.  Основная  масса  металла  срезается  вершиной  и  входной  боковой  стороной  профиля  зуба  долбяка,  при  этом  вершина  зуба  снимает  наиболее  толстые  срезы.  Максимальная  толщина  среза  снимается  в  момент  входа  вершинной  кромки  в  заготовку.  В  результате  возникает  износ  режущих  кромок  инструмента.  Механизм  износа  зависит  от  способа  радиальной  подачи.  При  ступенчатой  радиальной  подаче  преобладает  износ  задней  поверхности  режущего  инструмента.  Для  метода  со  спиральной  радиальной  подачей  характерно  образование  лунки  износа  на  передней  поверхности  долбяка.  Именно  при  сухой  обработке  благодаря  лунке  износа  достигается  максимальная  точность  изготовления,  так  как  режущая  кромка  остается  стабильной  до  момента  разлома  фаски  перед  лункой,  качество  обрабатываемого  изделия  остается  постоянным.

Эксперименты  проводились  при  обработке  заготовок  из  стали  12ХН2  шириной  25  и  50  мм,  радиальная  подача  0,03  мм/дв.ход  долбяка,  скорость  резания  40  м/мин,  на  заготовке  нарезалось  52  зуба  на  станке  5А140.  Инструмент  —  долбяк  по  ГОСТ  10059-80  из  стали  Р6М5.  Критерий  затупления  инструмента  —  износ  по  задней  поверхности  0,2  мм.  Обработка  велась  всухую  и  с  использованием  ионизированной  среды. 

При  использовании  СЭО  на  операциях  зубодолбления  (рис.  1)  сопло-ионизатор  крепится  неподвижно  со  стороны  задней  поверхности.  Расстояние  от  торца  сопла  до  инструмента  5...10  мм.  Режим  работы  установки  СЭО  выбирается  по  [3],  давлением  воздуха  0,4  МПа,  диаметр  сопла  4  мм,  вылет  иглы  0,8  мм. 

Рисунок  1.  Наладка  СЭО  при  зубодолблении:  1  —  долбяк,  2  —  заготовка,  3  —  сопло

Результаты  стойкостных  испытаний  представлены  на  рис.  2. 

Рисунок  2.  Стойкость  режущего  инструмента  в  зависимости  от  вида  обработки

Как  видно  из  диаграммы  наибольшее  повышение  стойкости  42  %  наблюдается  при  обработке  заготовки  шириной  25  мм.  В  меньшей  степени  (25  %)  эффект  СЭО  выражен  при  обработке  заготовки  с  шириной  венца  50  мм.  Это  объясняется  тем,  что  сопло  находится  дальше  от  зоны  резания  и  эффект  от  электростатического  охлаждения  ослабевает.  Кроме  различия  величин  стойкости  при  обработке  всухую  и  с  использованием  СЭО  отличается  характер  износа  долбяка.

При  обработке  без  охлаждения  (рис.  3а)  наибольшая  величина  износа  наблюдалась  на  ребрах  пересечения  вершинной  и  боковых  задних  поверхностей.  На  выходной  боковой  стороне  максимальный  износ  возникал  возле  вершины  зуба,  т.  е.  на  участке  режущего  лезвия,  снимающего  срезы,  толщина  которых  приближается  к  нулю.  Износ  на  передней  поверхности  выражается  лункой  в  непосредственной  близости  от  режущей  кромки.  При  использовании  СЭО  (рис.  3б)  лунка  износа  на  передней  поверхности  меньше  и  находится  дальше  от  режущей  кромки.  Таким  образом,  снижается  возможность  разрушения  фаски  перед  лункой  износа  и  выхода  из  строя  режущего  инструмента. 

Рисунок  3.  Изношенные  зубья  долбяка:  а  —  обработка  без  охлаждения,  б  —  обработка  с  СЭО

Объяснить  различия  износа  инструмента  при  обработке  всухую  и  с  СЭО  можно  при  рассмотрении  контактные  процессы  взаимодействия  долбяка  и  заготовки.  Участки  бокового  лезвия  выходной  стороны,  примыкающие  к  вершине  зуба,  которые  наиболее  изношены  при  обработке  всухую,  снимают  чрезвычайно  тонкие  срезы  и  зачастую  идет  не  процесс  резания,  а  процесс  ППД.  Соответственно,  значительное  влияние  на  износ  инструмента  оказывает  характер  трения  между  долбяком  и  заготовкой.  В  работе  [5]  указано,  что  при  использовании  СЭО  происходит  разупрочнение  наиболее  мягкого  материла  пары  трения,  кроме  этого  в  работе  [1]  отмечено,  что  использование  СЭО  приводит  к  образованию  окисных  пленок  на  поверхностях  заготовки  и  инструмента  и  как  следствие  снижению  коэффициента  трения  и  в  результате  снижению  износа  режущего  инструмента. 

В  результате  экспериментов  видно,  что  СЭО  эффективно  при  нарезании  зубчатых  колес  долбяком.  В  результате  его  использования  заметно  повышается  стойкость  инструмента  и  снижается  шероховатость.

Список  литературы:

1.Васькин  К.Я.  Повышение  эффективности  токарной  обработки  заготовок  с  износостойкими  покрытиями  путем  сухого  электростатического  охлаждения:  Дисс.  …  канд.  тех.  наук:  05.03.01  Тольятти,  2005.  —  218  c.

2.Васькин  К.Я.  Применение  сухого  электростатического  охлаждения  при  точении  заготовок  с  покрытиями.  Сборник  научных  трудов  Sworld.  —  2013.  —  Т.  6.  —  №  4.  —  С.  91—94.

3.Васькин  К.Я.  Определение  оптимальных  параметров  работы  установки  сухого  электростатического  охлаждения.  Технические  науки  от  теории  к  практике.  —  2014.  —  №  31.  —  С.  22—26.

4.Васькин  К.Я.  Влияние  ионизированного  воздуха  на  силы  резания  при  точении.  Сборник  научных  трудов  Sworld.  —  2013.  —  Т.  6.  —  №  4.  —  С.  52—55.

5.Хрипунов  Н.В.  Трибологические  аспекты  процесса  сухого  электростатического  охлаждения.  Технические  науки  —  от  теории  к  практике.  —  2014.  —  №  33.  —  С.  96—100.