Остання редакція: 2017-06-16
Тези доповіді
Расчет толщины режущего элемента ружейных сверл
В современном машиностроении наблюдается тенденциях к увеличению деталей, имеющих глубокие точные отверстия. Это связано с повышением жесткости и виброустойчивости машин, агрегатов, узлов (уменьшением количества стыков и плотностей разъема). Для обработки вышеуказанных отверстий преимущественно используют инструменты одностороннего резания и, в том числе, ружейные сверла (РС).
Часть отечественных предприятий, нуждающихся в РС приобретают их за рубежом. Эти РС конструктивно изготовлены с рабочей частью в виде цельнотвердосплавной головки 1 (рис.1). Другая часть предприятий изготавливает данные сверла самостоятельно. Этот инструмент отличается от зарубежного тем, что режущий элемент 1 как и направляющие элементы 2 (рис.2) выполнены из отдельных твердосплавных пластин (ТП), которые припаиваются к борштанге сверла.
Рис. 1 – Ружейное сверло с цельнотвердосплавной головкой
Рис. 2 – Ружейное сверло с припаянными режущей и направляющими элементами
Из наиболее значимых габаритных параметров режущей ТП является ее толщина, которая в большинстве случаев выбирается из условия «чем толще, тем прочнее». Однако, чрезмерно завышенная по толщине пластина это:
1. Неоправданный расход твердого сплава, а значит и неоправданные материальные затраты;
2. Чем больше значение толщины режущей ТП, тем меньше диаметр d канала для подвода смазывающе-охлаждающей технологической среды в зону обработки, что в конечном счете снижает стойкость инструмента.
В связи с вышеизложенным было предложено, для оптимизации толщины режущей ТП РС применить программный комплекс ANSYS, математической основой которого является метод конечных элементов.
В качестве объекта для расчетов была взята конструкция РС диаметром D= 20,0 мм с режущей ТП толщиной b = 3.5 мм, изготовленной из инструментального материала Т15К6; обрабатываемый материал – конструкционная сталь 40Х. Обобщение сил, действующих на режущую ТП в процессе резания, позволило принять следующую расчетную схему (рис.3).
Рис. 3 – Расчетная схема режущего элемента
Для аппроксимации, созданной в ANSYS модели, был использован конечный элемент Solid 45 (рис.4), который является стандартным элементам в библиотеке программы ANSYS.
Рис.4 – Геометрия конечного элемента Solid45
Сгенерированная программой конечно-элементная модель режущей ТП насчитывает 12084 узлов и 61011 элементов.
В результате проведенных расчетов было определено, что минимально допустимое значение толщины режущей ТП составляет b=2,5 мм. (табл.1)
Таблиця 1
Результаты расчетов
Модель и толщина
пластины
Рассчитываемые параметры
Модель 1
Модель 2
Модель 3
Модель 4
3,5 мм
3,0 мм
2,5 мм
2,0 мм
Эквивалентные напряжения, σ (МПа)
616,675
858,669
1046
1501
Коэффициент запаса
2,35
1,69
1,38
–
Вывод по критерию прочности
Эксплуатация возможна
Эксплуатация возможна
Эксплуатация возможна
Эксплуатация не возможна
Лабораторно-производственные испытания РС с напаянными режущими ТП толщиной 2,5 мм подтвердили теоретические расчеты, т.е. стойкость инструментов соответствовала нормативным данным, изложенных в [3].
Очевидно, что проведенные численные исследования являются только первым шагом для расширения круга решения более сложных инженерных задач, чем и занимаются авторы данной публикации.
Список литературы:
1. Лимаренко А. М. Оптимизация шатуна автомобильного двигателя / А. М. Лимаренко, А. А. Романов, М. А. Алексеенко // Труды ОНПУ. – 2012. – вып. 2 (39). – С. 98 – 100.
2. Дащенко О. Ф. Розрахунок напружено-деформованного стану станини гідропресу / О. Ф. Дащенко, В. Д. Ковальов, О. М. Лимаренко // Праці ОНПУ. – 2012. – вып. 2 (39). – С. 35 – 43.
3. Общемашиностроительные нормативы режимов резания, нормы износа и расхода инструмента для глубокого сверления и растачивания / Локтев А.Д., Кирин Н.Н., Гарибов В.Р. [и др.]. – М.: НИИмаш, 1994. – 80 с.