Дослідження параметрів процесу нарізання гвинтових канавок в отворах діаметром 40 мм

Abstract

У роботі досліджено параметри процесу нарізання гвинтових канавок у внутрішніх поверхнях деталей з отвором діаметром 40 мм. Проаналізовано існуючі технологічні методи формування гвинтових канавок та визначено основні фактори, що впливають на силові та якісні характеристики процесу різання в умовах обмеженого простору обробки. Експериментально визначено складові сил різання по осях X та Z на різних проходах. Встановлено, що середні значення сили різання по осі X змінюються в межах 1692,8–2479,5 Н, а по осі Z — 618,3–1348,1 Н, при цьому сумарна сила різання зростає від 1933,7 Н до 2755,1 Н зі збільшенням номера проходу. Визначено питомі зусилля різання, які становлять 1890,7–1903,4 Н/мм², що узгоджується з літературними даними для матеріалів класу P. Методом кінцевих елементів виконано аналіз напружено-деформованого стану різального інструменту. Максимальні еквівалентні напруження за Мізесом при врізанні досягають 463,7 МПа, а коефіцієнт запасу міцності становить близько 1,14; при усталеному режимі різання напруження зменшуються до 199,6 МПа, а запас міцності зростає до 2,65. Досліджено вплив швидкості різання на параметр шорсткості поверхні Ra. Встановлено, що при чорновій обробці значення Ra зростає з 3,47 до 6,16 мкм у діапазоні швидкостей 1000–6000 мм/хв, а при чистовій — з 2,38 до 3,53 мкм при швидкостях 750–3000 мм/хв. Побудовано аналітичні залежності Ra від швидкості різання з коефіцієнтами кореляції R² = 0,9772 та R² = 0,984 відповідно. Отримані результати можуть бути використані для обґрунтування режимів різання та оцінки працездатності інструменту при нарізанні гвинтових канавок у внутрішніх отворах малого діаметра.

The paper investigates the parameters of the process of cutting helical grooves in the inner surfaces of parts with a hole diameter of 40 mm. The existing technological methods of forming helical grooves are analyzed and the main factors affecting the power and quality characteristics of the cutting process in conditions of limited processing space are determined. The components of the cutting forces along the X and Z axes at different passes are experimentally determined. It was established that the average values of the cutting force along the X axis vary within 1692.8–2479.5 N, and along the Z axis — 618.3–1348.1 N, while the total cutting force increases from 1933.7 N to 2755.1 N with an increase in the pass number. The specific cutting forces were determined to be 1890.7–1903.4 N/mm², which is consistent with the literature data for class P materials. The finite element method was used to analyze the stress-strain state of the cutting tool. The maximum equivalent Mises stresses during indentation reach 463.7 MPa, and the safety factor is about 1.14; in a steady-state cutting mode, the stresses decrease to 199.6 MPa, and the safety factor increases to 2.65. The effect of cutting speed on the surface roughness parameter Ra was studied. It was found that during roughing, the Ra value increases from 3.47 to 6.16 μm in the speed range of 1000–6000 mm/min, and during finishing, from 2.38 to 3.53 μm at speeds of 750–3000 mm/min. Analytical dependences of Ra on cutting speed with correlation coefficients R² = 0.9772 and R² = 0.984, respectively, were constructed. The results obtained can be used to justify cutting modes and assess tool performance when cutting helical grooves in small-diameter internal holes.