Основной бюджетообразующей отраслью Украины является металлургическая промышленность. В свою очередь, одними из основных видов продукции крупнейшего металлурги-ческого комбината «Азовсталь» являются железнодорожные рельсы и рельсовые скрепления. В процессе их производства для образования отверстий применяются сборные сверла с ме-ханическим креплением многогранных неперетачиваемых пластин (МНП). Опыт эксплуата-ции стандартных сверл по ГОСТ 27724 – 88 с механическим креплением показывает их отно-сительно невысокую работоспособность. Основной причиной преждевременной потери ра-ботоспособности являются выкрашивание режущих кромок и сколы вершин пластин. Для устранения перечисленных выше отрицательных явлений рекомендуют повышать жесткость технологического оборудования, применять более прочный материал режущей части, изменять режимы обработки или конструктивные и геометрические параметры режущего инст-румента. В случае решения задачи повышения работоспособности за счет изменения конст-руктивных и геометрических параметров сборного сверла, необходимо определить каким образом данные параметры влияют на силовые и динамические характеристики процесса обработки. Современные способы прогнозирования на стадии проектирования влияния параметров режущих инструментов на их рабочие характеристики базируются на применении численных методов и прикладных программ на их основе. Целью данной работы является прогнозирование влияния конструктивных параметров предложенного сборного сверла для обработки отверстий в шейке рельсов на собственные частоты. Как известно, резонанс наступает в случае совпадения частоты внешнего возмущающего воздействия с одной из собственных частот объекта. Зная собственные частоты сверла, мы можем назначать режимы обработки или, задавшись режимами обработки, подбирать параметры инструмента, которые гарантированно не вызовут резонанса.
Для решения поставленной задачи нами была разработана трехмерная геометрическая модель сборного сверла с механическим креплением МНП (рис. 1) и проведена ее дискретизация (рис. 2).
Рис. 1. Модель сборного сверла для обработки в шейке рельса отверстия с фаской
Рис. 2. Дискретизация модели
Расчет собственных частот проводился при следующих ограничениях: не учитывалось демпфирование, игнорировалась кинематика сборки и наличие трения.
Граничные условия (кинематические ограничения) имитировали закрепление хвостовика сверла в оправке (рис. 3).
Рис. 3. Кинематические ограничения, накладываемые на модель при расчете
Задача решалась без учета действия центробежной силы и статических ограничений. В результате расчета были получены значения первых двух собственных частот, которые составили 4135 Гц и 4276 Гц, а также определены соответствующие им собственные формы (рис. 4).
Рис. 4. Собственные формы колебаний сверла на фоне недеформированной модели: первая форма и вторая форма
Расчетные значения собственных частот колебаний предложенной конструкции сборного сверла значительно выше частот возмущающего воздействия, возникающего при обработке рельсов в производственных условиях (частота вращения от 500 до 800 об/мин). Таким образом, на основании проведенных исследований, мы можем утверждать, что особенности конструкции предложенного сверла не вызовут явление резонанса при работе с заданными режимами.