Обработка металлов

Влияние формы тороидальной задней поверхности на углы режущего клина и механические напряжения вдоль режущей кромки сверла

Том 25, № 4 Октябрь - Декабрь 2023

Авторы:

Пивкин Петр Михайлович,

Ершов Артём Александрович,

Миронов Никита Евгеньевич,

Надыкто Алексей Борисович

DOI: http://dx.doi.org/10.17212/1994-6309-2023-25.4-151-166

Скачать полный текст (RU)

Интерактивный просмотр (RU)

Скачать полный текст (EN)

Интерактивный просмотр (EN)

Аннотация
Авторы
Список литературы
Благодарности. Финансирование

Аннотация

Введение. Сверление отверстий с квалитетом точности от IT8 до IT12 широко применяется в промышленном производстве. Однако в настоящее время не существует исследований и научно-обоснованных рекомендаций по назначению геометрии режущей части сверл с тороидальной задней поверхностью. В связи с этим разработка САПР новых конструкций сверл с тороидальной задней поверхностью и численное моделирование напряженного состояния их режущей части является актуальными задачами. Цель работы: уменьшение диапазона изменения переднего угла и угла заострения режущего клина вдоль режущей кромки от периферии к центру, а также снижение эквивалентных напряжений в режущем клине. В работе исследованы изменения величины переднего угла и угла заострения режущего клина в зависимости от радиуса образующей тороидальной задней поверхности; изменения эквивалентных напряжений в режущем клине в зависимости от изменения радиуса образующей тороидальной задней поверхности. Методами исследования являются основы теории о режущем инструменте, методы его автоматизированного проектирования и метод конечных элементов, примененный в данной работе к новым конструкциям сверл. Результаты и обсуждение. Установлено, что с уменьшением радиуса образующей задней поверхности уменьшается диапазон изменения переднего угла и угла заострения режущего клина сверла по сравнению со стандартной конструкцией. Разработана система автоматизированного проектирования сверл с тороидальной задней поверхностью. В результате величина диапазона изменения переднего угла вдоль режущей кромки уменьшилась на 86 % у сверла с минимальным радиусом образующей тороидальной поверхности по сравнению с конической заточкой, диапазон угла заострения режущего клина уменьшился на 56 %, максимальные эквивалентные напряжения снизились в 2,13 раза. При этом угол заострения режущего клина имеет значение, близкое к постоянному, на половине зуба сверла. Данные показатели превышают все показатели существующих на сегодняшний день аналогичных конструкций спиральных сверл.

Ключевые слова: Сверло, тороидальная задняя поверхность, режущий клин, МКЭ

Список литературы

1. Режущий инструмент / Д.В. Кожевников, В.А. Гречишников, С.В. Кирсанов, В.И. Кокарев, А.Г. Схиртладзе; под ред. С.В. Кирсанова. – 3-е изд. – М.: Машиностроение, 2007. – 526 с. – ISBN 978-5-217-03373-7.

2. Семенченко И.И., Матюшин В.М., Сахаров Г.Н. Проектирование металлорежущих инструментов. – М.: Машгиз, 1963. – 952 с.

3. An applied explicit mathematical model of conical drill point geometry without flank rubbing / T. Zeng, Z.C. Chen, Z. Liu, Z. Yi, S. Wang // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2020. – Vol. 106 (9–10). – P. 3707–3720. – DOI: 10.1007/s00170-019-04759-y.

4. Патент № 2528593 Российская Федерация. Спиральное сверло с криволинейными режущими кромками: заявл. 17.12.2012: опубл. 20.09.2014 / Ю.Е. Петухов, А.А. Водовозов.

5. Investigation of the effects of drill geometry on drilling performance and hole quality / M. Yavuz, H. Gökçe, I. Çiftçi, H. Gökçe, Ç. Yavas, U. Seker // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2020. – Vol. 106 (9–10). – P. 4623–4633. – DOI: 10.1007/s00170-019-04843-3.

6. Abele E., Fujara M. Simulation-based twist drill design and geometry optimization // CIRP Annals. – 2010. – Vol. 59 (1). – P. 145–150. – DOI: 10.1016/j.cirp.2010.03.063.

7. Pirtini M., Lazoglu I. Forces and hole quality in drilling // International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 2005. – Vol. 45 (11). – P. 1271–1281. – DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2005.01.004.

8. Ren K., Ni J. Analyses of drill flute and cutting angles // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 1999. – Vol. 15 (8). – P. 546–553. – DOI: 10.1007/s001700050100.

9. A new method for the precise determination of rational geometric parameters of the helical groove and cutting part of high-performance tri-flute / P.M. Pivkin, V.A. Grechishnikov, A.A. Ershov, A.B. Nadykto // Proceedings of SPIE. – 2020. – Vol. 11540. – P. 1154014. – DOI: 10.1117/12.2574392.

10. Grigor'ev S.N. Volosova M.A. Complex surface hardening of oxide-carbide ceramic cutting tools // Russian Engineering Research. – 2005. – Vol. 25 (9). – P. 7–12.

11. Geometry modifications of single-lip drills to improve cutting fluid flow / A. Baumann, E. Oezkaya, D. Biermann, P. Eberhard // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2022. – Vol. 121 (3–4). – P. 1689–1695. – DOI: 10.1007/s00170-022-09400-z.

12. Grigor’ev S.N., Myachenkov V.I., Kuzin V.V. Automated thermal-strength calculations of ceramic cutting plates // Russian Engineering Research. – 2011. – Vol. 31 (11). – P. 1060–1066. – DOI: 10.3103/S1068798X11110086.

13. Study on nano-cutting of brittle material by molecular dynamics using dynamic modeling / J. Wang, X. Zhang, F Fang, F. Xu, R. Chen, Z. Xue // Computational Materials Science. – 2020. – Vol. 183. – P. 109851. – DOI: 10.1016/j.commatsci.2020.109851.

14. A review of simulation and experiment research on cutting mechanism and cutting force in nanocutting process / D. Chen, S. Wu, Y. He, Y. Luo, X. Wang // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2022. – Vol. 121 (3–4). – P. 1533–1574. – DOI: 10.1007/s00170-022-09051-0.

15. Finite element modelling and experimental validation of the graphite cutting process / D. Yang, F. Wei, W. Wang, Y. Zhang, L. Zeng // Processes. – 2023. – Vol. 11 (9). – P. 2546. – DOI: 10.3390/pr11092546.

16. Wang J., Fang F., Li L. Cutting of graphite at atomic and close-to-atomic scale using flexible enhanced molecular dynamics // Nanomanufacturing and Metrology. – 2022. – Vol. 5 (3). – P. 240–249. – DOI: 10.1007/s41871-022-00128-8.

17. Wang J., Fang F. Nanometric cutting mechanism of silicon carbide // CIRP Annals. – 2021. – Vol. 70 (1). – P. 29–32. – DOI: 10.1016/j.cirp.2021.04.068.

18. Effect of boron-doped diamond interlayer on cutting performance of diamond coated micro drills for graphite machining / X. Lei, L. Wang, B. Shen, F. Sun, Z. Zhang // Materials. – 2013. – Vol. 6 (8). – P. 3128–3138. – DOI: 10.3390/ma6083128.

19. Agapiou J.S., DeVries M.F. On the determination of thermal phenomena during drilling. Part I. Analytical models of twist drill temperature distributions / J.S. Agapiou, M.F. DeVries // International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 1990. – Vol. 30 (2). – P. 203–215. – DOI: 10.1016/0890-6955(90)90130-B.

20. Thermal aspects in deep hole drilling of aluminium cast alloy using twist drills and MQL / D. Biermann, I. Iovkov, H. Blum, A. Rademacher, K. Taebi, F.T. Suttmeier, N. Klein // Procedia CIRP. – Vol. 3. – P. 245–250. – DOI: 10.1016/j.procir.2012.07.043.

21. Image processing of advance milling cutters to automate the measurement of the geometric parameters of the cutting edge on optical measuring systems / P.M. Pivkin, I.V. Minin, M.A. Volosova, V.B. Romanov, A.B. Nadykto // Proceedings SPIE. – 2021. – Vol. 11914. – P. 1191412. – DOI: 10.1117/12.2605754.

22. Wang Q., Wang D., Fang Y. Research on chip mechanism of Inconel 718 with ultrasonic assisted drilling by step drill // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2023. – Vol. 126 (5–6). – P. 2579–2594. – DOI: 10.1007/s00170-023-11212-8.

Для цитирования:

Влияние формы тороидальной задней поверхности на углы режущего клина и механические напряжения вдоль режущей кромки сверла / П.М. Пивкин, А.А. Ершов, Н.Е. Миронов, А.Б. Надыкто // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2023. – Т. 25, № 4. – С. 151–166. – DOI: 10.17212/1994-6309-2023-25.4-151-166

For citation:

Pivkin P.M., Ershov A.A., Mironov N.E., Nadykto A.B. Influence of the shape of the toroidal flank surface on the cutting wedge angles and mechanical stresses along the drill cutting edge. Obrabotka metallov (tekhnologiya, oborudovanie, instrumenty) = Metal Working and Material Science, 2023, vol. 25, no. 4, pp. 151–166. DOI: 10.17212/1994-6309-2023-25.4-151-166. (In Russian)

Просмотров: 1035

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Влияние формы тороидальной задней поверхности на углы режущего клина и механические напряжения вдоль режущей кромки сверла