Влияние частоты вращения инструмента на процесс бурения

Экспериментальные исследования были выполнены при бурении мрамора, песчаника, мелкозернистого песчаника, известняка с принудительной и свободной подачами практически острыми и затупленными резцами РП-42, БИ-741А, РУ-13М и РПД-42 на токарном и сверлильном стендах, колонковом сверле ЭБГП-1, которые показали, что при любых условиях при изменениях частоты вращения от 22 до 900 об/мин наблюдался значительный рост усилия подачи при принудительной подаче или значительное снижение подачи на оборот при свободной подаче. Интенсивность изменения крутящего момента от частоты была невысокой, а в ряде случаев отсутствовала.

На рис. 7.2 приведены типичные графики зависимости частоты вращения инструмента от его подачи при бурении мелкозернистого песчаника и известняка с контактной прочностью Р _к = 1500 и 1130 МПа и абразивностью соответственно а = 27 и 1,4 мг.

Рисунок 7.2 – Зависимости подачи на оборот от частоты вращения инструмента со свободной подачей:

Для выяснения влияния числа перьев резца на зависимость подачи от частоты вращения при бурении использовались двухперовые резцы РП-42 и полученные переточкой из них дифференциальные резцы РПД-42 (по принципу разрушения забоя шпура — одноперовые). Опыты по бурению проводили практически острыми (F _ЗАT = 5 мм²) и затупленными резцами (F _ЗАT= 22 мм²), а для обеспечения при экспериментах на разных породах примерно одинаковые подачи на один оборот резца осевую нагрузку в одних случаях принимали равной 4 кН, в других - 6 кН.

Силовые параметры регистрировались осциллографом Н-117 и тензоусилителем ТА-5. Для большей достоверности данных: опыта последовательно чередовались высокие и низкие частоты вращения.

Искомое значение подачи на оборот определялось делением глубины пробуренного за время опыта шпура на продолжительность опыта и частоту вращения резца.

Из графиков следует, что зависимость подачи на оборот от частоты вращения представляет собой монотонно убывающую функцию, причем с увеличением частоты вращения с 22 до 491 об/мин подача на оборот уменьшалась в 4 - 10 раз. Наиболее резкое снижение подачи на оборот наблюдается в диапазоне малых частот вращения (до 100 - 150 об/мин).

Результаты обработки экспериментальных данных при бурении песчаника с контактной прочностью Р _к= 1776 МПа и абразивностью 15,3 мг резцами БИ-741А при усилии подачи, равном 8; 12; 16; 20; 24; 28 кН, представлены на рис. 7.3.

Рисунок 7.3 – Зависимость подачи инструмента от усилия подачи Р и частоты вращения n:

1 – n = 90 об/мин.; 2 - n = 155 об/мин.; 3 - n = 280 об/мин.; 4 - n = 435 об/мин.

При свободной подаче с заданным усилием и при увеличении частоты вращения уменьшается удельная подача. Так, например, при усилии подачи 24 кН и частоте вращения буровой штанги 90 об/мин удельная подача составила 3,8 мм/об, а при частоте вращения 435 об/мин с таким же усилием подачи — всего 1,02 мм/об, т. е. почти в 3,5 раза ниже.

Для проверки ранее высказанного предположения, что увеличение усилия подачи и крутящего момента с увеличением частоты вращения является следствием влияния на физико-механические свойства породы скорости ее разрушения, проведены замеры усилия подачи и силы резания при резании известняка (того же блока породы, что и при бурении на сверлильном стенде) острым стержневым резцом с шириной режущей кромки 8 мм на карусельном станке с толщиной стружки 1 мм. Из построенных по результатам этого эксперимента графиков (рис. 7.4) видно, что при изменении скорости резания в довольно широком диапазоне — от 0,7 до 3 м/с усилие подачи и сила резания остаются практически неизменными.

Рисунок 7.4 – Зависимость усилия резания Р _z и усилия подачи Р_у от скорости резания ν_р (известняк Р _к = 1130 Мпа, а = 1,4 мг)

Однако линейные скорости периферийных точек режущей кромки резца диаметром 42 мм при низких частотах вращения 25—100 об/мин составляют 0,05—0,2 м/с и уменьшаются к центру резца (к оси вращения). Поэтому было проведено дополнительно три группы опытов при бурении мрамора на вертикально-сверлильном станке острыми резцами БИ-741А с принудительной подачей 1,09 мм/об и частотах вращения 22 и 251 об/мин.

Первая группа опытов — нормальное бурение шпура в один проход резцом БИ-741А. Вторая группа опытов была проведена при исключении процесса разрушения центральной часто шпура у рассечки резца, для этого предварительно бурили отверстие диаметром 20 мм, а затем производили его разбуривание резцом БИ-741А. Третьей группой опытов преследовалась цель по возможности исключить влияние поперечных колебаний резца на процесс бурения при разбуривании отверстия 20 мм резцом диаметром 42 мм, для этого резец снабжался центрирующим опережающим стержнем цилиндрической формы диаметром 20 мм и длиной 30 мм.

Усилия подачи (Н) при бурении шпуров в зависимости от частоты вращения (об/мин) следующие:

Приняв значения усилия подачи за единицу при частоте вращения 22 об/мин, видим, что с увеличением частоты вращения до 251 об/мин усилия подачи увеличились в 1,89, 1,83 и 1,50 соответственно по первой, второй и третьей группам опытов.

Следует отметить, что исключить полностью поперечные колебания резца в процессе разбуривания резцом с центратором не удалось, но они уменьшились до 0,5 мм и определялись зазором между центрирующим стержнем и стенками отверстия.

Таким образом, некоторое снижение интенсивности роста: усилий подачи при увеличении частоты вращения можно получить, применяя центрирующие устройства на резце, исключающие его поперечные колебания.

Date: 2016-02-19; view: 562; Нарушение авторских прав