ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. Инструментальная оснастка играет важную роль в работе машиностроительных предприятий. Наиболее важным в оснащении металлорежущего инструмента является замена режущей части из группы быстрорежущих сталей на режущую часть, изготовленную из твердого сплава, которая, в свою очередь, дает повышение стойкости и общей работоспособности режущего инструмента. Когда режущая способность материала инструмента увеличивается, взаимозаменяемость падает. Важным является всесторонний исследовательский подход, который учитывает проектирование инструмента, использующего твердый WC–Co. Проектирование, изготовление и испытание зубчатых режущих инструментов, отработка режимов резания должны проводиться в отношении конкретной обрабатываемой детали и ее материала. При разработке такого типа инструмента необходимо учитывать особенности сплава WC–Co как режущего материала, режимы резания, разрушение инструмента и другие моменты, связанные с его использованием. Цель работы: изучить влияние геометрии сменной многогранной пластины на распределение опасных напряжений растяжений. В работе исследованы результаты расчета напряженного деформированного состояния в сменной пластине из материала WC–Co. Зоны растяжения и сжатия наблюдаются на основной режущей кромке. Концентрация опасных растягивающих напряжений расположена в переходной зоне между прямой боковой режущей кромкой к вершине, так как именно в этой зоне имеется наибольшая стесненность резания. Соответственно наибольшее разрушение произойдет в этой зоне. Важно то, что в этой части режущей кромки будет происходить самый большой износ по задней поверхности. Методами исследования являются применение программы конечноэлементного анализа ANSYS для выявления опасных напряжений растяжения s₁. Результаты и обсуждение. Анализ изолиний распределения напряжений показал, что растягивающие напряжения вдоль передней поверхности сменной режущей пластины уменьшаются из-за того, что каждая сменная режущая пластина срезает свою часть материала. Первой в работу вступает зауженная режущая пластина, которая срезает металл верхней частью режущей пластины, а затем работает заниженная режущая пластина, которая работает боковыми режущими кромками. В результате проведенных исследований было установлено, что с применением прогрессивной схемы резания по сравнению со стандартной схемой, у которой исходный профиль производящей рейки изготовлен по DIN3972 при зубофрезеровании, существенно снижаются опасные напряжения растяжения в режущих твердосплавных пластинах.

1. Смирнов Н.Н. Зубофрезерование многозаходными червячными фрезами с различными схемами резания: автореф. дис. … канд. техн. наук. – Киев, 1982.

2. Ничков A.Г., Шунаев Б.К. Влияние схемы резания при зубофрезеровании на износ зубьев червячной фрезы // Тезисы докладов Второй научно-технической конференции Уральского политехнического института. – Свердловск, 1968.

3. Артамонов Е.В. Прочность и работоспособность сменных твердосплавных пластин сборных режущих инструментов / Тюменский государственный нефтегазовый университет. – Тюмень: Вектор Бук, 2003. – 192 с.

4. Артамонов Е.В., Костив В.М. Инструментальные твердые сплавы и их влияние на работоспособность металлорежущих инструментов: учебное пособие. – Тюмень: ТюмГНГУ, 1998. – 136 с.

5. Ничков А.Г. Основы комплексного исследования процесса зубофрезерования и оптимизации его конструктивных и технологических параметров в простых и комбинированных схемах нарезания зубчатых колес червячными фрезами: дис. … д-ра техн. наук. – Тула, 1991.

6. Ничков A.Г. Стойкость червячной фрезы в зависимости от схемы резания // Передовой научно-производственный опыт резания металлов: тезисы докладов конференции. – Свердловск, 1971. – С. 29–33.

7. Медведицков С.Н. Высокопроизводительное зубонарезание фрезами. – М.: Машиностроение, 1981. – 106 с.

8. Ничков А.Г., Мартыненко В.А., Лоскутов В.В. Повышение стойкости червячных фрез за счет выбора рациональных параметров зубофрезерования // Проблемы совершенствования малогабаритных зубофрезерных станков: материалы конференции. – Вильнюс, 1975. – С. 129–138.

9. Zhonghe Y, Zhaohui L, Smith M.R. Mechanisms and machine theory. – Beijing, China: High Education Press, 2001.

10. Шунаев Б.К., Петрова С.П. Комбинированные схемы фрезерования зубчатых колес с радиальным врезанием червячной фрезы // Прогрессивные конструкции и методы обработки в инструментальном производстве. – Пермь, 1975.

11. Скребнев Г.Г. Определение условий рационального применения твердосплавных зуборезных фрез и возможности повышения ими производительности процесса зубофрезерования: автореф. дис. … канд. техн. наук. – Волгоград, 1995.

12. A gear cutting predictive model using the finite element method / W. Liu, D. Ren, S. Usui, J. Wadell, T.D. Marusich // Procedia CIRP. – 2013. – Vol. 8. – P. 51–56.

13. Egorov S.B., Kapitanov A.V., Loktev D.A. Modern methods and technological solutions for effective processing of gear wheels // Materials Science Forum. – 2016. – Vol. 870. – P. 397–403. – doi: 10.4028/www.scientific.net/MSF.870.397.

14. Выбор оптимального процесса обработки зубчатых колес / И.В. Pубан, З.А. Годжаев, В.М. Pубан, С.Д. Зайцев // Вестник машиностроения. – 2008. – № 7. – С. 40–41.

15. Artamonov E.V., Vasil’ev D.V. Determining the optimal cutting speed in turning by composite cutters on the basis of the chip // Russian Engineering Research. – 2014. – Vol. 34 (6). – P. 404–405.

16. Artamonov E.V., Kireev V.V. Effectiveness of cutting by hods with replaceable hard-alloy plates // Russian Engineering Research. – 2014. – Vol. 37 (7). – P. 473–474.

17. Artamonov E.V., Vasilega D.S., Tveryakov A.M., Determining the maximum-performance temperature of hard-alloy cutting plates // Russian Engineering Research. – 2014. – Vol. 34 (6). – P. 402–403.

18. Gear hobbing: a contribution to analogy testing and its wear mechanisms / S. Steina, M. Lechthalera, S. Krassnitzera, K. Albrechta, A. Schindlerb, M. Arndta // Procedia CIRP. – 2012. – Vol. 1 (1). – P. 220–225.

19. Tokawa T., Nishimura Y., Nakamura Y. High productivity dry hobbing system // Mitsubishi Heavy Industries. Technical Review. – 2001. – Vol. 38, N 1. – P. 27–31.

20. Обработка зубчатых колес: повышение производительности и качества / Н.А. Курочкин, Б.М. Солоницын, О.В. Таратынов, В.В. Клепиков // Грузовик. – 2005. – № 3. – С. 28–31.

21. High performance gear hobbing with powder-metallurgical high-speed-steel / B. Karpuschewski, H.-J. Knoche, M. Hipke, M. Beutner // Procedia CIRP. – 2012. – Vol. 1 (1). – P. 196–201.

22. Папшева Н.Д., Акушская О.М. Повышение эффективности процесса нарезания зубчатых колес // Инженерный вестник Дона. – 2015. – № 2, ч. 2. – С. 54.

23. Канатников Н.В., Харламов Г.А. Повышение эффективности обработки прямозубых конических зубчатых колес // Наукоемкие технологии в машиностроении. – 2015. – № 3. – С. 8–16.

24. A review of new strategies for gear production / G. Hyatt, M. Piber, N. Chaphalkar, O. Kleinhenz, M. Mori // Procedia CIRP. – 2014. – Vol. 14. – P. 72–76.

25. Xu S., Zhang Y. The finite element modeling and analysis of involute spur gear // Advanced Materials Research. – 2012. – Vol. 516–517. – P. 673–677.

26. Bahattin K. Analysis of spur gears by coupling finite and boundary element methods // Mechanics Based Design of Structures and Machines. – 2006. – Vol. 34, iss. 3. – P. 307–324.

27. Forte P., Paoli A., Razionale A.V. A CAE approach for the stress analysis of gear models by 3D digital photoelasticity // International Journal of Interactive Design and Manufacturing. – 2015. – Vol. 9, iss. 1. – P. 31–43.

28. Sun Q., Sun Y., Li L. Strength analysis and tooth shape optimization for involute gear with a few teeth // Advances in Mechanical Engineering. – 2018. – Vol. 10, iss. 1/ – doi: 10.1177/1687814017751957.

29. Miklos I.Z., Miklos C., Alic C.I. Finite element analysis of cylindrical gear with mechanical event simulation // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2018. – Vol. 393. – P.  012046. – doi: 10.1088/1757-899X/393/1/012046.

30. Современные технологические подходы при изготовлении цилиндрических зубчатых колес в условиях мелкосерийного производства и особенности расчета и проектирования зуборезного инструмента / В.П. Балков, Л.И. Каменецкий, А.С. Кирютин, Е.А. Негинский, О.С. Отт, Д.Н. Пищулин // Металлообработка. – 2015. – № 4 (88). – С. 2–6.

31. Tsai S.-J., Ye S.-Y. A computerized approach for loaded tooth contact analysis of planetary gear drives considering relevant deformations // Mechanism and Machine Theory. – 2018. – Vol. 122. – P. 252–278. – doi: 10.1016/j.mechmachtheory.2017.12.026.

32. Lyu Y., Chen Y., Lin Y. The design formulae for skew line gear wheel structures oriented to the additive manufacturing technology based on strength analysis // Mechanical Sciences. – 2017. – Vol. 8, iss. 2. – P. 369–383. – doi: 10.5194/ms-8-369-2017.

33. Machinability improvement of gear hobbing via process simulation and tool wear predictions / X. Dong, C. Liao, Y.C. Shin, H.H. Zhang // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2016. – Vol. 86, iss. 9–12. – P. 2771–2779.

34. Srinivasan N., Shunmugam M.S. Limiting conditions in gear shaping for corrected involute gears // International Journal of Machine Tool Design and Research. – 1983. –Vol. 23, iss. 4. – P. 227–235.

35. Artamonov E.V., Kireev V.V. The compound hob for processing gearbox pinions used in hoist for well repairs // Applied Mechanics and Materials. – 2015. – Vol. 770. – P. 469–475.

36. Artamonov E.V., Kireev V.V., Zyryanov V.A. Improving the efficiency of hobbing mills // Russian Engineering Research. – 2017. – Vol. 37, N 5. – P. 447–449. – doi: 10.3103/S1068798X17050057.