Борштанга

 

Использование: машиностроение, обработка металлов резанием при изготовлении глубоких точных отверстий. Сущность изобретения: выполнение борштанги из двух, жестко связанных про концам труб 1, 2, одна из котооых выполнена из углепластика или боропластика, армированного под углом 22-27° к образующей, а геометрические размеры радиального сечения труб выбираются из определенного соотношения. Угол между образующей и направлением армирования направлен в сторону рабочего вращения борштанги. В этом случае крутящий момент от сил резания, частично передающийся на армированную трубу, приводит к ее удлинению и, следовательно, растяжению неармированной трубы, что повышает виброустойчивость и продольную жесткость борштанги. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 В 23 В 29/02

ГОСУДАР СТВЕ ННЫ Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4766705/08 (22 ) 08.12.89 (46) 15.09.92. Бюл. М 34 (71) Пермский научно-исследовательский технологический институт (72) А.И.Тараканов и Б.Я.Фомин (56) Авторское свидетельство СССР

М 525504, кл. В 23 В 51/04, 1974. (54) БОРШТАН ГА (57) Использование: машиностроение, обработка металлов резанием при изготовлении глубоких точных отверстий, Сущность изобретения: выполнение борштанги из двух, жестко связанных про концам труб 1, 2, одИзобретение относится к машиностроению и может быть использовано для механической обработки глубоких и точных отверстий.

Известна борштанга для обработки глубоких отверстий, корпус которой выполнен по меньшей мере из двух концентрично расположенных с зазором металлических труб, жестко связанных между собой с обоих концов. В полости между трубами установлена дополнительная труба с продольной прорезью, жестко связанная с концами труб, противоположными режущему инструменту. На этих концах установлен кольцевой поршень для создания дополнительного давления в вязкоупругом материале.

Недостатком известной борштанги является небольшой порог виброустойчивости и невысокая иэгибная поперечная жесткость;

Наиболее близким по технической сущности и принятым эа прототип является ин.. Ж,, 1761386 А1 на из котооых выполнена из углепластика или бооопластика, армированного под углом

22-27 к образующей, а геометрические размеры радиального сечения труб выбираются из определенного соотношения. Угол между образующей и направлением армирования направлен в сторону рабочего вращения борштанги. В этом случае крутящий момент от сил резания, частично передающийся на армированную трубу, приводит к ее удлинению и, следовательно, растяжению неармированной трубы, что повышает ви броустойчи вость и и родол ьную жесткость борштанги, 3 ил, струмент для обработки глубоких отверстий, выполненный в виде двух расположенных одна в другой труб, предварительно напрягаемых силами упругой крутильной деформации посредством винтовой пары, состоящей из коронки с резьбой и реэьбовой втулки.

Недостатком данной конструкции является то, что при работе инструмента не происходит поглощения энергии изгибных колебаний и не используется энергия упругого деформирования от сил резания. Это не позволяет интенсифицировать режимы резания и тем самым повысить производительность обработки.

Целью изобретения является повышение виброустойчивости за счет создания осевой растягивающей силы.

Укаэанная цель достигается тем, что в борштанге, содержащей корпус, выполненный в виде двух концентричных труб, жестко связанных между собой по концам, и

1761386

Сг 6 — 5

t1 d) (3) И = г, 7т =)г

С учетом (1) и (2) 25 Р=

М А2

E1F1 Е2 F2 G1 J1

30 (4) =0

di2

P

<т — E F 1

Р +А2

Ег г J2

M — m

61 J1 (2) rn Р гг, +A2F

50 резец, одна из труб выполнена иэ углепластика или боропластика, армированного под углом 22.„27 к образующей, при этом геометрические размеры радиального сечения труб выбираются иэ соотношения где i1, tã — толщина стенок металлической и армированной труб;

d1, d2 — средние диаметры металлической и армированной труб.

На фиг.1 изображен общий вид борштанги; на фиг.2 — график зависимости осевой растягивающей силы, действующей на борштангу со стороны армированной трубы от угла армирования; на фиг.3 — зависимость этой силы от относительной толщины.

Корпус борштанги содержит металлическую трубу 1, жестко связанную с ней по концам армированную трубу 2, выполненную из углепластика или боропйастика. Угол между образующей и направлением армирования йаправлен в сторону рабочего вращения борштанги. В этом случае крутящий момент от сил резания, частично передающийся на армированную трубу, приводит к ее удлинению, и следовательно, растяжению металлической трубы. B свою очередь это повышает виброустойчивость и про- . дольную жесткость борштанги.

Осевые деформации труб 1 и 2 соответственно определяются по формуле

Сдвиговые деформации труб 1 и 2 соответственно определяются по формулам где Р— осевая сила взаимодействия труб;

М вЂ” крутящий момент от сил резания;

m — часть крутящего момента, воспринимаемая армированной трубой;

31 = дй1 О1: 52 = д тг ог ПОЛЯРНЫЙ з. з момент инерции поперечных сечений труб

1и2;

F1 = _#_d1 t1; F2 = Лог t2 — площаДи поперечных сечений труб 1 и 2;

d>, d2 — средние диаметры труб 1 и 2;

t>, t2 — толщина труб 1 и 2; Е1, G1 — модуль

5 упругости и модуль сдвига материала трубы

1;

Е2, 62 — осевой модуль упругости и модуль сдвига при кручении материала трубы

2;

10 Аг — коэффициент влияния материала трубы 2, характеризующий осевое деформирование при кручении.

Для того, чтобы при кручении борштанги армирования труба 2 растягивала трубу

15 1, коэффициент влияния должен быть > О, что достигается соответствующим направлением армирования.

Осевая сила Р определяется из системы уравнений

Из условия обеспечения максимума осевой силы находится толщина армированной трубы

t2 = ii (— )

á1 2 Е161

d2 Е2 G2

-4Е О

Оптимальное значение относительной.

45 толщины армированной трубы — Af Ет G (5) т,Я Ег 62 зависит только от упругих характеристик материалов труб, Наиболее эффективно использование в армированных трубах материалов с высокой степенью анизотропии и модулем упругости в направлении армирования, таких как углепластик или боропластик. Именно они обеспечивают наибольшее значение растягивающей силы взаимодействия труб при кручении от сил

1761386 резания. Для таких материалов оптимальный угол армирования 22...27О.

Зависимость относительной силы Р от угла армирования р при оптимальной толщине армированной трубы из углепластика (фиг.2) построена с использованием формулы (3). При р < 22О, например = О, осевая сила равна нулю, т.к, Az = О, При p= 22 и р=

27 осевая сила незначительно отличается от максимальной Р = PMax 0,98. Максимальное значение силы Р = PMax достигается в диапазоне углов 22-27О, например, для углепластиковой трубы это угол = 25О. При

phi > 27, например rp= 45О, P = 0,4 Риаз, т.е. осевая сила в 2,5 раза ниже максимально достижимой, а виброустойчивость и поперечная жесткость борштанги невелика, Для углепластика или боропластика с углом армирования 22...27 оптимальная относительная толщина (5) лежит в диапазоне

t = 5...7. При этом материал неармированной трубы — сталь. Для обоснования выбора диапазона геометрических размеров труб на фиг.3 представлен график зависимости отношения осевой силы P к ее максимальному значению Р от параметра t, вычисленной по формуле (1). При соотношении t <

5 нижнего предела диапазона, например t =

0,5, осевая сила взаимодействия труб незначительна и меньше максимально возможной в 2 раза. При t = 5 и t = 7, P = 098

Рмах, т.е. потери величины осевой силы незначительны. Максимальное значение P =

Р ах достигается в диапазоне t = 5...7, например, для композиционного материала со степенью анизотропии Ец/Ei = 30 и оптимальным углом армирования 25О, оптимальное значение, вычисленное по формуле (5), t - 5 3. Здесь Ев иŠ— модули упругости в направлении армировакия и в поперечном направлении, При t > 7, например, t = 10 осевая сила в 2 раза ниже максимально возможной.

Таким образом в диапазоне

t=5...7 обеспечивается наивысшая эффективность предлагаемого устройства.

Борштанга работает следующим образом.

5 При обработке на резец 3 действует сила резания, которая создает крутящий момент. Крутящий момент частично передается на армированную трубу 2 и растягивает ее. При взаимодействии ее с тру10 бой 1, на последнюю передается осевая растягивающая сила, которая увеличивает виброустойчивость и поперечную жесткость борштанги. В связи с этим появляется возможность интенсификации режимов реза15 ния и повышения производительности обработки.

Изобретение позволит по сравнению с прототипом повысить виброустойчивость на 30...35$ за счет создания осевой растя20 гивающей силы.

Формула изобретения

Борштанга, содержащая корпус, выполненный s виде двух концентричных труб, жестко связанных между собой по концам, 25 и резец, отличающаяся тем, что, с целью повышения виброустойчивости путем создания осевой растягивающей силы, одна из труб выполнена из углепластика или боропластика, армированного под углом

30 22...27 к образующей, при этом геометрические размеры радиального сечения труб выбираются из соотношения

35 где t> — толщина стенки неармированной трубы;

dl — средний диаметр неармированной трубы;

t2 — толщина стенки армированной трубы; бг — средний диаметр армированной

45 трубы

1761386

5 6 7 8 9

Фиг.д

Составитель А.Тараканов

Редактор А.Павлова Техред M.Mîðãeíòàë Корректор ЛЛивринц

Заказ 3215 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101