Исследование процесса формообразования при изготовлении червячных фрез из твердого сплава методом электроэрозионной обработки

НА ГЛАВНУЮ

Домнин Петр Валерьевич,

кандидат технических наук,

Гарифуллин Айрат Анфасович,

аспирант.

Московский государственный технологический университет «СТАНКИН».

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)

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.

Рис. 1. Заготовка из спеченного твердого сплава под мелкомодульную червячную фрезу.

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. 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, %
Параметр шероховатости, мкм	Частота, кГц	Длительность, мкс	Скважность	Сила рабочего тока, А	Относительный объемный износ электрода, %
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. 8 приведен экран электроэрозионного станка с ЧПУ с фрагментом программы и чертежом обрабатываемой фрезы.

Рис. 8. 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.

Поступила в редакцию 24.04.2015 г.