Определения оптимальной конструкций сверло-зенкера.

Одним из важнейших факторов любого режущего инструмента является его конструкция. Поэтому проведем сравнение двух видов разборных сверло- зенкеров и выявим наилучшую конструкцию среди них. Сравнение произведем следующим образом: каждый вариант нагрузим одной силой затем при помощи программы прочностного анализа произведем расчет всех вариантов и затем сравним их. Расчет производим при помощи программы КОМПАС 3D – V14.

Рассмотрим 1-й вариант конструкции сверло-зенкера.

Рисунок 3.3- Конструкция сборного сверло-зенкера.

Данная модель сверло-зенкера представляет собой следующее. Корпус инструмента разбиваем на 3 части, каждая из которых закреплена друг относительно друга с помощью точной посадочной цилиндрической поверхностью, и резьбой М12. Крепежные пластины прикреплены к корпусу винтами

Рисунок 3.4- универсальный сборный инструмент сверло-зенкер, с закрепленными пластинами.

После построения модели, для корректного расчёта, необходимо определить совпадающие поверхности и определить места закрепления. Затем нагрузить модель требуемой силой.

Информация о применяемых материалах сведем в таблицу 3.1

Таблица 3.1 – Применяемые материалы

N	Имя детали	Материал
	D:\3 д модель №1\зенкер.m3d	Сталь 45
	D:\3 д модель №1\сверло.m3d	Сталь 45
	D:\3 д модель №1\хвостовик.m3d	Сталь 45
	D:\3 д модель №1\пластина верхняя.m3d	ВК8
	D:\3 д модель №1\пластина средняя.m3d	ВК8

Свойства стали 45 сведем в таблицу 3.2

Таблица 3.2 – Свойства стали 45

Предел текучести по сжатию [МПа]
Модуль Юнга [МПа]
Коэффициент Пуассона	0.3
Плотность [кг/м^3]
Коэффициент температурного расширения [1/C]	0.000013
Коэффициент теплопроводности [Вт/(м*C)]
Предел прочности по сжатию [МПа]
Предел усталостной прочности (н) [МПа]
Предел усталостной прочности (к) [МПа]

Свойства твердого сплава марки ВК8 сведем в таблицу 3.3

Таблица 3.3 – Свойства твердого сплава ВК8

Модуль Юнга [МПа]
Плотность [кг/м^3]
Коэффициент температурного расширения [1/C]	0.000005
Коэффициент теплопроводности [Вт/(м*C)]	5.2
Предел прочности по сжатию [МПа]
Предел усталостной прочности (н) [МПа]

После определения материала и построения 3D модели произведем разбиение головки на конечные элементы.

Параметры и результаты разбиения сведем с таблицу 3.4

Таблица 3.4 - Параметры и результаты разбиения

Наименование	Значение
Максимальная длина стороны элемента [мм]
Максимальный коэффициент сгущения на поверхности
Коэффициент разрежения в объеме	1.5
Количество конечных элементов
Количество узлов

Рисунок 3.5 – 3D модель сверло-зенкера, разбитой на конечные элементы.

После того как мы произвели разбиение на конечные элементы следует приступать к статическим расчетам.

Расчет эквивалентного напряжения (таблица 3.5)

Таблица 3.5 – Эквивалентное напряжение

Наименование	Тип	Минимальное значение	Максимальное значение
Эквивалентное напряжение по Мизесу	SVM [МПа]	0.003943	690.456967

Рисунок 3.6 – Распределения напряжения в сверло-зенкере

Далее производим расчет суммарного линейного перемещения (таблица 3.6)

Таблица 3.6 – Суммарное линейное перемещение

Наименование	Тип	Минимальное значение	Максимальное значение
Суммарное линейное перемещение	USUM [мм]		0,0715683
Линейное перемещение	UZ [мм]	Сверло	0,06949
Зенкер	0,01342
Линейное перемещение	UY [мм]	Сверло	0,04178
Зенкер	0,02047
Линейное перемещение	UX [мм]	Сверло	0,01484
Зенкер	0,00209

Рисунок 3.7 – Распределение суммарного линейного перемещения

Затем происходит расчет коэффициента запаса текучести (таблица 3.7)

Таблица 3.7 – Коэффициент запаса текучести

Наименование	Тип	Минимальное значение	Максимальное значение
Коэффициент запаса по текучести		0.374589

Рисунок 3.8 – Распределение коэффициента запаса по текучести

Итоговым является расчет коэффициента запаса по прочности (таблица 3.8)

Таблица 3.8 – Коэффициент запаса прочности

Наименование	Тип	Минимальное значение	Максимальное значение
Коэффициент запаса по прочности		0.653539

Рисунок 3.9 – Распределение запаса прочности

Расчет последующего сверло-зенкера аналогичен.

Рассмотрим 2-й вариант конструкции сверло-зенкера.

Рисунок 3.10-второй вариант сборного инструмента сверло-зенкер

В данном случае сверло-зенкер так же разбит на три части, не считая пластин, отличие заключается в изменений геометрической формы средней части инструмента предназначенной для обработки зенкерование.

Рисунок 3.11 – 2-ой вариант сверло-зенкера.

Таблица 3.9 – Применяемые материалы

N	Имя детали	Материал
	D:\3 д модель №2\сверло.m3d	Сталь 45
	D:\3 д модель №2\хвостовик.m3d	Сталь 45
	D:\3 д модель №2\пластина верхняя.m3d	ВК8
	D:\3 д модель №2\пластина средняя.m3d	ВК8
	D:\3 д модель №2\средняя ч 3.m3d	Сталь 45

Свойства выбранных материалов представлены выше.

Таблица 3.10 - Параметры и результаты разбиения

Наименование	Значение
Максимальная длина стороны элемента [мм]
Максимальный коэффициент сгущения на поверхности
Коэффициент разрежения в объеме	1.5
Количество конечных элементов
Количество узлов

Рисунок 3.12 – 3D модель сверло-зенкера на конечные элементы

Результаты статического расчета:

Таблица 3.11– Эквивалентное напряжение

Наименование	Тип	Минимальное значение	Максимальное значение
Эквивалентное напряжение по Мизесу	SVM [МПа]	0.003098	849.384346

Рисунок 3.13 – Распределения напряжения в сверло-зенкере

Таблица 3.12 – Суммарное линейное перемещение

Наименование	Тип	Минимальное значение	Максимальное значение
Суммарное линейное перемещение	USUM [мм]		0.0834324
Линейное перемещение	UZ [мм]	Сверло	0,08212
Зенкер	0,0193
Линейное перемещение	UY [мм]	Сверло	0,0486
Зенкер	0,04145
Линейное перемещение	UX [мм]	Сверло	0,01528
Зенкер	0,0043

Рисунок 3.14 – Распределение суммарного линейного перемещения

Таблица 3.13 – Коэффициент запаса по текучести

Наименование	Тип	Минимальное значение	Максимальное значение
Коэффициент запаса по текучести		0.284829

Рисунок 3.15 – Распределение коэффициента запаса по текучести

Таблица 3.14 – Коэффициент запаса по прочности

Наименование	Тип	Минимальное значение	Максимальное значение
Коэффициент запаса по прочности		0.496936

Рисунок 3.16 – Распределение коэффициента запаса по прочности

Рассмотрим 3-й вариант конструкции сверло-зенкера.

Рисунок 3.17 -3-й вариант конструкции сверло-зенкера

В данном случае сверло-зенкер так же разбит на три части не считая пластин, отличие заключается в изменений метода базирования, в случаях рассмотренных выше, базирование происходило по цилиндрической поверхности, в этом же случае базирование будет происходить по конусной поверхности, что даст возможность сравнения лучшего способа базирования.

Рисунок 3.18 – 3-ий вариант сверло зенкера

Свойства выбранных материалов представлены выше.

Таблица 3.15 - Параметры и результаты разбиения

Наименование	Значение
Максимальная длина стороны элемента [мм]
Максимальный коэффициент сгущения на поверхности
Коэффициент разрежения в объеме	1.5
Количество конечных элементов
Количество узлов

Рисунок 3.19 – 3D модель сверло-зенкер разбитого на конечные элементы

Результаты статического расчета:

Таблица 3.16– Эквивалентное напряжение

Наименование	Тип	Минимальное значение	Максимальное значение
Эквивалентное напряжение по Мизесу	SVM [МПа]	0.003096	692.180603

Рисунок 3.20 – Распределения напряжения в сверло-зенкере

Таблица 3.17 – Суммарное линейное перемещение

Наименование	Тип	Минимальное значение	Максимальное значение
Суммарное линейное перемещение	USUM [мм]		0.073325
Линейное перемещение	UZ [мм]	Сверло	0,07129
Зенкер	0,01373
Линейное перемещение	UY [мм]	Сверло	0,0954
Зенкер	0,0342
Линейное перемещение	UX [мм]	Сверло	0,01558
Зенкер	0,001963

Рисунок 3.21 – Распределение суммарного линейного перемещения

Таблица 3.18 – Коэффициент запаса по текучести

Наименование	Тип	Минимальное значение	Максимальное значение
Коэффициент запаса по текучести		0.341882

Рисунок 3.22 – Распределение коэффициента запаса по текучести

Таблица 3.19 – Коэффициент запаса по прочности

Наименование	Тип	Минимальное значение	Максимальное значение
Коэффициент запаса по прочности		0.596476

Рисунок 3.23 – Распределение коэффициента запаса по прочности

Все изменения и расчеты произведены. Далее сделаем их сравнительный анализ для выявления изменений. Для большего удобства составим графики изменений каждого параметра в зависимости от конструктивной особенности модели.

Рисунок 3.24-График эквивалентного значения по Мизесу.

Из графика видим следующее: эквивалентное напряжение меньше при закреплений частей инструмента с помощью базирования по цилиндрической поверхности.

Рисунок 3.25-График суммарного линейного перемещения

Мы видим, что суммарное перемещение уменьшается при соединений инструмента с помощью точной цилиндрической поверхностью.

Рисунок 3.26- График коэффициент запаса по текучести.

При анализе коэффициента запаса по текучести мы наблюдаем, что первая модель более подходящая.

Рисунок 3.27- Графиккоэффициент запаса по прочности

По графику мы видим, что первый вариант модели имеет больший запас по прочности.

Исходя из проделанных нами опытов, можно сделать вывод, что изготовление универсального сборного инструмента вида сверло-зенкер, должно соответствовать виду 1-ой модели. На геометрическую точность универсального сборного инструмента, как и любого режущего инструмента, влияют многие факторы, от конструктивных особенностей до внутренних взаимодействий модели. Целью моей научной диссертации было повышение геометрической точности сборного универсального инструмента при обработке осесимметричных деталей.

После определения наилучшей конструкций универсального сборного инструмента, построим схему отображающую, реальный процесс обработки (рисунок 3.28).

На схеме указаны диаметры с учетом полученных линейных перемещений, и теперь можно с уверенностью сказать что после обработки мы получим нужные размеры.

Рисунок 3.28- Схема инструмента с линейными перемещениями

Дата добавления: 2015-08-17