Совершенствование конструкции торцевых фрез (стр. 1 из 3)
Министерство Образования Российской Федерации
Тольяттинский Государственный Университет
Кафедра “Технология машиностроения”
Отчет по научно-исследовательской работе на тему:
«Совершенствование конструкции торцевых фрез»
Студент: Колеконова Ю.Н.
Группа: ТМ-402
Научный руководитель: Логинова Л.А.
Преподаватель: Бобровский А.В.
Тольятти, 2006
УДК 530
Аннотация
Колеконова Ю.Н. Совершенствование конструкции торцевой фрезы. Отчет по научно-исследовательской работе. Тольятти: ТГУ, 2006 г.
Отчет по научно-исследовательской работе – 21 стр.
Так как развитие современного машиностроения предъявляет новые требования к современному режущему инструменту, к разработке более экономичных технологий его производства. В данной работе обсуждается проблема совершенствования конструкции торцевых фрез. Предлагаются новые современные методы решения классической задачи совершенствования конструкции торцевых фрез.
Описываются современные методы и алгоритмы, используемые при решении данной задачи.
Содержание
Введение
1. Изучение описанных в литературе усовершенствований
Описание объекта, выявление недостатков
Цель усовершенствования
Алгоритм проведения научных исследований и устранение недостатков
Описание усовершенствованного объекта
2. Совершенствование торцовой фрезы
Заключение
Список используемой литературы
Введение
Рост требований к качеству выпускаемой продукции определяет необходимость повышения качества отдельных деталей. Это увеличивает долю чистовых операций в общей трудоемкости изготовления деталей, что объясняется также уменьшением припусков на обработку за счет использования таких современных методов получения заготовок, как литье под давлением, изготовление деталей из металлопорошков, прокатка точных профилей и т. д. Поэтому особое внимание необходимо уделять повышению качества и эффективности чистовой и получистовой обработки чугунов и закаленных сталей.
В последнее время широкое распространение получили методы окончательной обработки плоских поверхностей чистовыми торцовыми фрезами. Это объясняется тем, что фрезерование, по сравнению со шлифованием, характеризуется более высокой производительностью и размерной стойкостью инструмента и обеспечивает меньшее количество дефектов поверхностного слоя. Обработке подлежат ответственные детали машин, высокоточного оборудования, металлорежущих станков и т. п. Работоспособность таких деталей требует обеспечения необходимой контактной жесткости и износостойкости соединений, поэтому они должны иметь минимальные отклонения от плоскостности и необходимую шероховатость поверхности.
При конструировании торцовых фрез часто не учитываются особенности финишной обработки — резания с малыми толщинами среза, неудовлетворительно решаются вопросы полного участия режущих элементов в резании и возобновления режущей способности фрез. Это приводит к повышенной динамике процесса фрезерования и не позволяет полностью реализовать уникальные режущие свойства.
Проектирование торцовых фрез является многовариантной задачей, при этом отсутствуют четкие критерии их рациональной конструкции. В настоящей научной работе рассматриваются некоторые направления совершенствования конструкций фрез.
1 Описание торцевой фрезы
Торцовая фреза кроме главной режущей кромки 7 у зуба фрезы имеет вспомогательную режущую кромку 8 и переходную 9 шириной f0. главный угол φ в плане торцовой фрезы измеряют между проекцией главной режущей кромки зуба на осевую плоскость и направлением подачи. Вспомогательный угол φ1 в плане составляет 5—10°. Чем он меньше, тем меньше шероховатость обрабатываемой поверхности. Переходная режущая кромка повышает прочность режущей части зуба. Главный передний и главный задний углы измеряют в плоскости, перпендикулярной проекции главной режущей кромки зуба на осевую плоскость.
В результате обратного мозгового штурма выявляем следующие основные недостатки торцовых фрез:
1. Во время работы фрезы на передней поверхности зуба в середине контактных площадок образуются продольные трещины, перпендикулярные к режущей кромки. По мере работы фрезы эти трещины увеличиваются, распространяясь на заднюю поверхность зуба. Высокие температуры на контактных площадках. Высокая амплитуда колебаний за время рабочего и холостого ходов. Низкая эффективность. Высокая себестоимость.
2. Периодическое изменение сил резания при фрезеровании представляет собой источник внешних воздействий на технологическую систему и приводит к нежелательным вынужденным колебаниям последней. Наряду с этим вследствие регенерации вибрационных волн на поверхностях резания, последовательно образуемых зубьями фрезы в процессе удаления припуска, возникают автоколебания.
3. Сложность эксплуатации при высоких скоростях резания. Низкая точность обработки. Большая шероховатость обрабатываемой поверхности. Большие силы резания.
В дальнейшем применим различные методы технического творчества для устранения выявленных недостатков, проведём исследования и сделаем выводы об эффективности усовершенствованной фрезы.
2 Цель усовершенствования
Целью усовершенствования торцевой фрезы является повышение производительности, снижение себестоимости, увеличение стойкости инструмента, снижение уровня вибраций, увеличение качества и технологичности.
3 С целью устранения указанных выше недостатков применим алгоритм проведения научных исследований:
Устранение первого недостатка.
1. Описание ситуации приводящий к производственным исследованиям.
Фрезерование является одним из основных видов металлообработки. В настоящее время фрезы не обладают достаточной стойкостью, что приводит к удорожанию обработки. Данные научные исследования проводятся для увеличения стойкости фрез.
Административное противоречие: стойкость фрез не соответствует требованию производства.
2. Анализ ситуации.
В начале изнашивания фрез на передней поверхности зуба в середине контактных площадок образуются продольные трещины, перпендикулярные к режущей кромки. По мере работы фрезы эти трещины увеличиваются, распространяясь на заднюю поверхность зуба.
Техническое противоречие: увеличение качества материала фрезы приводит к увеличению стоимости инструмента.
3. Разработка обобщенного технического решения. Формулировка технического противоречия.
Для увеличения стойкости фрез необходимо улучшать материал зубьев фрезы.
Физическое противоречие: материал зуба должен быть качественным и некачественным.
Идея: покрывать зубья износостойким покрытием; при этом зубья фрезы будут изготовлены из дешевых материалов, и будут обладать высокими износостойкими свойствами.
4. Поиск информации.
На основании изучения различных журналов: «Станки и инструменты», «Металлообработка», «Вестник машиностроения», «Машиностроитель» приходим к выводу, что покрытие должно выполнять следующие требования:
а) покрытие должно обеспечивать снижение температуры на контактных площадках и температуры режущего клина, а главное, - уменьшать амплитуду колебания этих температур за время рабочего и холостого ходов.
б) для сдерживания процессов образования трещин в покрытиях их адгезионно – прочностные свойства и остаточные напряжения в покрытии должны обеспечивать образование значительных сжимающих напряжений во время рабочего и холостого ходов.
Покрытия могут быть следующие: для однослойных - TiN, (Ti,Zr)N, (Ti,Zr)CN, TiCN и т.д.; для двухслойных – TiN - TiCN, TiCN – TiN, (Ti,Zr)CN – (Ti,Zr)N и т.д.; для многослойных покрытий – TiN - TiCN – TiN и т.д.
5. Выбор конкретного технологического решения.
В качестве испытуемых покрытий выберем следующие: TiN, (Ti,Zr)N, (Ti,Zr)CN, TiCN. Покрытие изготовим многослойным.
6. Формирование научных целей и задач.
В ходе эксперимента проведем исследования влияния каждого покрытия на стойкость инструмента.
7. Формирование исходной гипотезы.
На основании работы резцов оснащенных покрытием. А также личного опыта и научной интуиции предположим, что период стойкости фрез оснащенных многослойным покрытием увеличивается в 1,7 раза.
8. Анализ результатов проведенных исследований.
Результаты исследований работоспособности фрез, оснащенных пластинами с многослойными покрытиями, показывают, что при обработке стали период стойкости фрез с покрытием TiN - TiCN – TiN увеличивается в 1,5 – 1,9 раза.
9. Объяснение результатов.
М → Ф = Г
Обнаружен механизм, который объясняет полученные факты, а эти факты соответствуют выдвинутой ранее гипотезе. Этот вариант свидетельствует о высокой квалификации исследований и высоких полученных результатов.
10. Формирование выводов.
Фрезы оснащенные многослойным покрытием обладают повышенной стойкостью, а значит уменьшают себестоимость механической обработки.
Устранение второго недостатка.
1. Описание ситуации приводящий к производственным исследованиям.
В процессе обработки из-за периодических больших сил резания и неравномерности снятия припуска возникают вынужденные колебания, ухудшающие качество обработки. Данные научные исследования проводятся для уменьшения вибрации фрез.
Административное противоречие: возникают вибрации фрезы; их необходимо устранить.
2. Анализ ситуации.
Периодическое изменение сил резания при фрезеровании представляет собой источник внешних воздействий на технологическую систему и приводит к нежелательным вынужденным колебаниям последней.