В данном исследовании рассмотрен процесс электроэрозионной обработки твердосплавной мелкомодульной червячной фрезы, используемой в часовой промышленности для нарезания зубчатых колес, шестеренок механизма наручных часов. Данная фреза имеет диаметр 12 мм и толщину от 4 мм до 16 мм в зависимости от характеристик нарезаемого профиля и геометрии зубьев. Фреза, изготавливается из заготовки спеченного твердого сплава марки ВК8 (92 % карбид вольфрама и 8 % Co — кобальт)
Ключевые слова: формообразование, обработка, инструмент, червячная фреза, технология изготовления инструмента, твердый сплав.
Твердые сплавы имеют достаточно высокую твердость (85–92 HRА) и высокую теплостойкость (800–1000 °C), за счёт высокотвердых карбидов вольфрама и кобальтовой металлической связки. Это способствует повышению скорости обработки и стойкости [1–7]. Как правило, заготовки из твердого сплава спекаются в определенных формах под конкретные цели.
Представленная на рис.1 заготовка предназначена специально для фрезы и выполнен в виде трубы, которая затем разрезается на кольца (рис.2) на электроэрозионном станке [8–15].
Рис. 1. Заготовка из спеченного твердого сплава под мелкомодульную червячную фрезу
Рис. 2. Вырезанная заготовка из спеченного твердого сплава под мелкомодульную червячную фрезу на электроэрозионном станке
Далее с помощью электроэрозионной вырезки формируются стружечные канавки будущей червячной фрезы, и заготовка принимает форму фрезы рис.3.
Рис. 3. Заготовка мелкомодульной твердосплавной червячной фрезы с вырезанными стружечными канавками на электроэрозионном станке
Затем на специальном шлифовальном станке алмазными кругами формируется профиль зубьев червячной фрезы и затылованная задняя поверхность [16–22] рис.4- рис.6
Рис. 4. Затылованная мелкомодульная твердосплавная червячная фреза
Рис. 5. Чертеж мелкомодульной червячной фрезы
Рис. 6. Профиль зубьев фрезы
В табл.1 приведены исследования влияния параметров электроэрозионной обработки включающие значения частоты, длительности электрических импульсов и силы рабочего тока в зависимости от шероховатости поверхностного слоя твердого сплава [23–25].
Таблица 1
Влияние режимов электроэрозионной обработки фрезы из сплава ВК8 на шероховатость и эксплуатационные показатели
|
Материал электрода (площадь обработки, мм2) |
Частота, кГц |
Длительность импульсов, мкс |
Сила тока, А |
Производительность, мм3/мин |
Относительный объемный износ ЭИ, % |
Параметр шероховатость, мкм |
|
МНБ-3 (400) |
8 |
100 |
46 |
155 |
66 |
Rz=20 |
|
44 |
19 |
40 |
128 |
37 |
Rz=10 |
|
|
100 |
7 |
29 |
84 |
34 |
Rа= 2,5...2,0 |
|
|
200 |
3 |
19 |
40 |
40 |
Ra= 2,0…1,25 |
|
|
М1 (180) |
66 |
14 |
10 |
26 |
140 |
Rа= 2,5…1,25 |
|
88 |
10 |
6 |
10 |
130 |
Ra= 2,0…1,25 |
|
|
200 |
3 |
0,5 |
5 |
110 |
Ra= 1,25... 0,63 |
|
|
200 |
3 |
0.1 |
3 |
100 |
Ra= 0,4.. 0,32 |
Таблица 2
Рекомендуемые режимы обработки твердого сплава ВК8 в зависимости от требуемого параметра шероховатости обработанной поверхности
|
Параметр шероховатости, мкм |
Электрические параметры импульса |
Относительный объемный износ электрода, % |
|||
|
Частота, кГц |
Длительность, мкс |
Скважность |
Сила рабочего тока, А |
||
|
Rz = 40 |
8 |
60–100 |
2 |
40–60 |
150/65 |
|
Rz = 40 |
8; 22; 44 |
10–60 |
2 |
25–40 |
(110–130)/ (35–40) |
|
Ra= 1,6 |
88; 200 |
1,5–7,0 |
2 |
10–30 |
(70–80)/ (35–40) |
|
Ra = 0,8 |
200; 440 |
1,0–3,0 |
2,3 |
3–15 |
(70 -80)/ 40 |
|
Ra = 0,4 |
200; 440 |
1,0–3,0 |
2 |
0,1–1 |
100/40 |
На рис.7 приведен экран электроэрозионного станка с ЧПУ с фрагментом программы и чертежом обрабатываемой фрезы.
Рис. 7. Программа ЧПУ на экране электроэрозионного станка
На основании проведенного исследования и анализа опыта применения электроэрозионной обработки можно сделать вывод, что процесс электроэрозионной обработки твердосплавных инструментов является перспективным и характеризуется комплексной взаимосвязью параметров процесса электроэрозии (табл.1 и 2), специфики конструкции режущего инструмента включающей: геометрию, шероховатость и физико-химические характеристики поверхностного слоя [25–30]. При этом электроэрозия достаточно эффективна по сравнению с традиционными методами обработки твердого сплава из-за его высокой твердости.
Литература:
1. Петухов Ю. Е. Формообразование численными методами. М: Янус-К, 2004, 198 с.
2. Петухов Ю. Е. Задачи по формообразованию при обработке резанием./Петухов Ю. Е., Колесов Н. В., Юрасов С. Ю./ Вестник машиностроения. 2014. № 3. С. 65–71.
3. Петухов Ю. Е. Математическая модель криволинейной режущей кромки спирального сверла с постоянной стойкостью точек режущей кромки. /Петухов Ю. Е., Водовозов А. А./ СТИН. 2014. № 3. С. 8–11.
4. Петухов Ю. Е. Определение задних кинематических углов при обработке винтовых фасонных поверхностей стандартными фрезами прямого профиля./ Петухов Ю. Е., Домнин П. В./Вестник МГТУ Станкин. 2014. № 2 (29). С. 27–33.
5. Петухов Ю. Е. Затачивание по передней поверхности спиральных сверл c криволинейными режущими кромками. /Петухов Ю. Е., Водовозов А. А./ Вестник МГТУ Станкин. 2014. № 1 (28). С. 39–43.
6. Петухов Ю. Е. Формирование базы знаний процесса проектирования инструмента для обработки канавок в глубоких отверстиях./Петухов Ю. Е., Домнин П. В., Тимофеева А. А./ Научная жизнь. 2014. № 5. С. 21–29.
7. Петухов Ю. Е. Анализ влияния скорости резания точек режущей кромки на стойкость спирального сверла и пути ее увеличения./Петухов Ю. Е., Водовозов А. А./Известия Московского государственного технического университета МАМИ. 2013. Т. 2. № 1 (15). С. 31–35.
8. Петухов Ю. Е. Формообразование фасонных винтовых поверхностей инструментов на основе применения стандартных концевых и торцевых фрез./ Петухов Ю. Е., Домнин П. В./ Москва, МГТУ Станкин, 2012, 130 с.
9. Петухов Ю. Е. Математическая модель криволинейной режущей кромки спирального сверла повышенной стойкости./Петухов Ю. Е., Водовозов А. А./ Вестник МГТУ Станкин. 2012. № 3. С. 28–32.
10. Петухов Ю. Е. Компьютерное моделирование обработки винтовой канавки на заготовке концевой фрезы./Петухов Ю. Е., Домнин П. В./ Известия Московского государственного технического университета МАМИ. 2011. № 2. С. 156–164.
11. Петухов Ю. Е. Разработка численного метода профилирования./Петухов Ю. Е., Атрощенкова Т. С./В сборнике: Автоматизация: проблемы, идеи, решения. Материалы международной научно-технической конференции: в двух томах. 2010. С. 185–188.
12. Петухов Ю. Е. Определение формы задней поверхности дисковой фрезы при обработке фасонной поверхности детали./Петухов Ю. Е., Мовсесян А. В./ Вестник машиностроения. 2007. № 8. С. 56–57
13. Петухов Ю. Е. Проектирование инструментов для обработки резанием деталей с фасонной винтовой поверхностью на стадии технологической подготовки производства. /Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук / МГТУ Станкин. Москва. 2004
14. Петухов Ю. Е. Проектирование инструментов для обработки резанием деталей с фасонной винтовой поверхностью на стадии технологической подготовки производства. /Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук / Москва, 2004
15. Домнин П. В. Разработка процесса формообразования фасонных винтовых поверхностей инструментов на основе применения стандартных концевых и торцевых фрез. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Московский государственный технологический университет. Москва, 2012.
16. Домнин П. В. Формирование фасонных винтовых поверхностей стандартными концевыми и торцевыми фрезами. Главный механик. 2013. № 11. С. 39–46
17. Петухов Ю. Е. Некоторые направления развития САПР режущего инструмента. СТИН. 2003. № 8. С. 26–30.
18. Колесов Н. В. Система контроля сложных кромок режущих инструментов./Колесов Н. В., Петухов Ю. Е./ Комплект: ИТО. Инструмент. Технология. Оборудование. 2003. № 2. С. 42.
19. Колесов Н. В. Компьютерная модель дисковых фасонных затылованных фрез./Колесов Н. В., Петухов Ю. Е., Баринов А. В./ Вестник машиностроения. 1999. № 6. С. 57.
20. Колесов Н. В. Математическая модель червячной фрезы с протуберанцем./ Колесов Н. В., Петухов Ю. Е./ СТИН. 1995. № 6. С. 26
21. Петухов Ю. Е. Проектирование производящей инструментальной и исходной поверхностей на основе методов машинного моделирования./Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Москва, 1984
22. Петухов Ю. Е. Способ формообразования фасонных винтовых поверхностей./Петухов Ю. Е., Домнин П. В./ Патент на изобретение RUS 2447972 24.06.2010
23. Петухов Ю. Е. Способ заточки задних поверхностей сверл./ Петухов Ю. Е., Водовозов А. А./патент на изобретение RUS 2466845 29.03.2011
24. Petukhov Yu.E. Curvilinear cutting edge of a helical bit with uniform life./Petukhov Yu.E., Vodovozov A. A./Russian Engineering Research. 2014. Т. 34. № 10. С. 645–648.
25. Petukhov Y. E. Shaping precision in machining a screw surface./ Petukhov Y. E., Domnin P. V./ Russian Engineering Research. 2011. Т. 31. № 10. С. 1013–1015.
26. Kolesov N. V. The mathematical model of a hob with protuberances./Kolesov N. V., Petukhov Yu.E./ Russian Engineering Research. 1995. Т. 15. № 4. С. 71–75.
27. Petukhov Yu.E. Some directions of cutting tool cad system development. Russian Engineering Research. 2003. Т. 23. № 8. С. 72–76.
28. Petukhov Yu.E.Determining the shape of the back surface of disc milling cutter for machining a contoured surface./Petukhov Yu.E., Movsesyan A. V./Russian Engineering Research. 2007. Т. 27. № 8. С. 519–521.
29. Kolesov N. V. Computer models of cutting tools./Kolesov N. V., Petukhov Yu.E./Russian Engineering Research. 2007. Т. 27. № 11. С. 812–814.
30. Petukhov Yu.E. Geometric shaping in cutting./Petukhov Yu.E., Kolesov N. V., Yurasov S.Yu./ Russian Engineering Research. 2014. Т. 34. № 6. С. 374–380.
