Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2012, № 4

Министерство образования и науки Российской Федерации 
 
Федеральное государственное бюджетное 
образовательное учреждение 

высшего профессионального образования 
 
«Тульский государственный университет» 
 

 
 
ISSN 2071-6168 
 
 
 
ИЗВЕСТИЯ 
ТУЛЬСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО 
УНИВЕРСИТЕТА 
 
 
 
 
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ 
 
 
Выпуск 4 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Тула 
Издательство ТулГУ 
2012 

ISSN 2071-6168 
 
 
УДК 621.86/87 
 
Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 4. Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. 225 с. 
 
Рассматриваются научно-технические проблемы в области машиностроения и машиноведения, технологии и оборудования обработки металлов давлением, управления, вычислительной техники и информационных 
технологий, управления качеством, стандартизации и сертификации. 
Материалы предназначены для научных работников, преподавателей вузов, студентов и аспирантов, специализирующихся в проблематике 
технических наук. 
 
 
Редакционный совет 
 
М.В. ГРЯЗЕВ – председатель, В.Д. КУХАРЬ – зам. председателя, 
В.В. ПРЕЙС – главный редактор, А.А. МАЛИКОВ – отв. секретарь, 
И.А. БАТАНИНА, О.И. БОРИСКИН, В.И. ИВАНОВ, Н.М. КАЧУРИН, 
Е.А. ФЕДОРОВА, А.К. ТАЛАЛАЕВ, В.А. АЛФЕРОВ, В.С. КАРПОВ, 
Р.А. КОВАЛЁВ, А.Н. ЧУКОВ 
 
Редакционная коллегия 
 
О.И. Борискин (отв. редактор), А.Н. Карпов (зам. отв. редактора), 
Р.А. Ковалев (зам. отв. редактора), А.Н. Чуков (зам. отв. редактора), 
С.П. Судаков (выпускающий редактор), Б.С. Яковлев (отв. секретарь), 
И.Е. Агуреев, А.Н. Иноземцев, С.Н. Ларин, Е.П. Поляков, В.В. Прейс, 
А.Э. Соловьев 
 
 
Подписной индекс 27851 
по Объединённому каталогу «Пресса России» 
 
«Известия ТулГУ» входят в Перечень ведущих научных 
журналов и изданий, выпускаемых в Российской Федерации, 
в которых должны быть опубликованы научные результаты 
диссертаций на соискание учёной степени доктора наук 
 
 
© Авторы научных статей, 2012 
© Издательство ТулГУ, 2012 

МАШИНОСТРОЕНИЕ  И  МАШИНОВЕДЕНИЕ 
 
 
 
УДК 621.923 
Ю.П. Бурочкин, канд. техн. наук, доц., (8846) 333-34-53, 
issa@samgtu.ru (Россия, Самара, СамГТУ), 
В.В. Головкин, канд. техн. наук, доц., (8846) 333-34-53, 
issa@samgtu.ru (Россия, Самара, СамГТУ), 
М.В. Дружинина, ассист., (8846) 333-34-53, 
druzhinina41@yandex.ru (Россия, Самара, СамГТУ) 
 
МОДЕРНИЗАЦИЯ НАСТОЛЬНО-СВЕРЛИЛЬНОГО СТАНКА 
ДЛЯ НАРЕЗАНИЯ РЕЗЬБ С ПРИМЕНЕНИЕМ УЛЬТРАЗВУКА 
 
Описывается модернизация имеющегося настольно-сверлильного станка за 
счет применения быстросъемных специальных ультразвуковых устройств. Приведены 
результаты исследований подтверждающие повышение эффективности процесса нарезания внутренних резьб метчиками. 
Ключевые слова: резьба, резание, станок, метчик, ультразвук, колебания. 
 
В современном машиностроении всё более широкое применение 
получают материалы с высокими прочностными характеристиками. Это 
позволяет значительно увеличить срок службы различных деталей машин 
и агрегатов. Однако механическая обработка данных материалов вызывает 
некоторые трудности, связанные с низкой производительностью, качеством изготавливаемых изделий и стойкостью инструмента. 
Повысить эффективность механической обработки возможно путем 
применения различных физико-механических методов. Одним из таких 
методов является обработка с применением ультразвуковых колебаний. 
Многочисленными исследованиями установлено, что при обработке с использованием энергии ультразвуковых колебаний повышается стойкость 

Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. 4 
 

 
4

инструмента, производительность процесса, точность и качество обработанных поверхностей [1, 4]. 
Для применения механической обработки с использованием ультразвуковых колебаний разрабатываются и изготавливаются специальные 
станки [2, 3]. Однако станки являются дорогостоящим и стационарным 
оборудованием, что препятствует их широкому внедрению. 
Значительно уменьшить затраты по внедрению процесса ультразвуковой механической обработки возможно путем модернизации имеющегося оборудования за счет применения быстросъемных специальных ультразвуковых устройств. 
Так, например, для повышения эффективности процесса нарезания 
внутренних резьб метчиками была разработана и изготовлена установка 
представленная на рис. 1. 
Установка выполнена на базе сверлильного станка 2М112. В шпиндель станка при помощи конуса Морзе устанавливается специальное ультразвуковое резьбонарезное устройство 1, которое подключается к ультразвуковому 
генератору 
2. 
Деталь 
устанавливается 
в 
специальном 
приспособлении, которое располагается в ванне 4. Смазывающая охлаждающая технологическая среда (СОТС) подается к детали при помощи насоса 5, а затем обратно сливается в поддон 6, т.е. циркулирует по замкнутому контуру. При этом повышается эффективность удаления стружки в 
процессе нарезания резьбы. 

 
Рис. 1. Установка для нарезания резьбы с ультразвуком 

Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. 4 
 

 
5

Одной из основных частей данной установки является специальное 
ультразвуковое устройство, обладающее незначительными габаритами 
(230 мм) и массой. Ультразвуковое устройство представлено на рис. 2. 

 
 
Рис. 2. Ультразвуковое устройство, применяемое 
для нарезания резьб М2-М6 
 
При помощи данного устройства производится нарезание резьб малого диаметра. 
Представленное устройство содержит пьезокерамический преобразователь 1 и токоподводящий узел 2, которые установлены в телескопической системе 3, позволяющей компенсировать погрешность установки обрабатываемой 
детали 
на 
станке. 
В 
устройстве 
имеется 
узел 
5, 
осуществляющий кратковременное реверсирование шпинделя при срабатывании предохранительной муфты. 
Все узлы размещены в неподвижном корпусе 7. В ведущем вале 6 
имеется конусное посадочное отверстие, с помощью которого ультразвуковое устройство устанавливается на шпиндель станка. Применение элек

Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. 4 
 

 
7

Из приведённых графиков видно, что наложение ультразвука способствует снижению Мкр во всем диапазоне исследованных 
скоростей. При этом с увеличением амплитуды эффективность действия 
ультразвука возрастает. 
Значительное уменьшение Мкр наблюдается при увеличении амплитуды колебаний до 5 мкм, а при дальнейшем увеличении до 7 мкм эффект проявляется в значительно меньшей степени. 
Увеличение скорости резания с 0,6 м/мин до 3 м/мин приводит к 
некоторому увеличению Мкр, при этом метчик с покрытием из нитрида титана (TiN) показывает меньшие значения Мкр (до 10 %) в диапазоне исследуемых скоростей. 
Как видно на приведенной осциллограммы (рис. 5) при обработке с 
наложением на метчик вынужденных ультразвуковых колебаний крутящий 
момент резания меньше на 40…50 %. Уменьшение Мкр  происходит в основном за счет исключения защемления метчика, активации СОТС, снижения сил трения и тд. 
Метчики с покрытием имеют большую стойкость и их  можно использовать для обработки сразу полнопрофильным метчиком.  Для повышения стойкости и снижения крутящего момента можно отверстия под 
резьбу выполнять с более жестким допуском в пределах верхнего поля допуска. 
 

 
 
Рис. 5. Осциллограмма изменения крутящего момента Мкр 
при нарезании резьбы М8 в титановом сплаве ВТ9, V=1,2 м/мин: 
1 – без УЗК, 2 – с УЗК (ξ=5 мкм) 
 
На рис. 6 приведены результаты исследования влияния диаметра 
отверстия под резьбу на Мкр резания. Увеличение диаметра  отверстия позволяет  снизить крутящий момент на 20…30 % 

Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. 4 
 

 
8

 
Рис.6. Влияние диаметра отверстия на крутящий момент Мкр 
при нарезании резьбы М8×1,25 третьим метчиком в сплаве ВТ9 
(ТС – сульфофрезол) 
 
Следует отметить, что кроме режимов обработки значения крутящего момента резания зависят от обрабатываемого материала, конструкции метчика, диаметра отверстия под резьбу и других факторов. 
На рис. 7 представлены результаты исследования влияния диаметра 
отверстия под резьбу на стойкость при обработке сплава ЭП678-ВД метчиком М8. 
Как видно из приведенных зависимостей, увеличение диаметра отверстия под резьбу приводит к значительному увеличению стойкости инструмента, что связано с уменьшением толщины среза, в результате чего 
уменьшаются силы, действующие на режущую часть метчика. 
 

 
 
Рис. 7. Работоспособность метчиков в зависимости 
от диаметра отверстия под резьбу М8 
(сплав ЭП678-ВД, СОТС – сульфофрезол): 
1 – метчик без покрытия TiN; 2 – метчик с покрытием TiN 

Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. 4 
 

 
9

Следует отметить, что при наложении ультразвуковых колебаний 
снижение стойкости с уменьшением диаметра отверстия под резьбу происходит менее интенсивно, чем при обычной обработке. 
Анализ представленных зависимостей показывает, что изготовление отверстия под резьбу на верхнем пределе допуска позволяет значительно уменьшить силы резания и повысить стойкость метчиков. 
Таким образом применение данного оборудования позволяет частично автоматизировать процесс обработки и повысить стойкость инструмента в 3-5 раз. 
 
Список литературы 
 
1. Кумабэ Д. Вибрационное резание. М.: Машиностроение, 1985. 
424 с. 
2. 
Марков 
А.И. 
Ультразвуковая 
обработка 
материалов. 
М.: 
Машиностроение, 1980. 237 с. 
3. Физико-химические методы обработки и сборки: учеб.пособие / 
М.С. Нерубай [и др]. М.: Машиностроение-1, 2005. 
4. Подураев В.Н. Физико-химические методы обработки. М.: 
Машиностроение, 1974. 364 с. 
 
Yu.P. Burochkin, V.V. Golovkin, M.V. Druzhinina 
DESKTOP BORING MACHINE MODERNIZATION FOR CUTTING OF CARVINGS WITH ULTRASOUND APPLICATION 
In work modernization of the available desktop boring machine at the expense of use 
of quick-detachable special ultrasonic devices is described. Results of researches confirming 
increase of efficiency of process of cutting of female threads by taps are given. 
Key words: carving, cutting, machine, tap, ultrasound, fluctuations. 
 
Получено 18.04.12 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. 4 
 

 
10

УДК 621.91 
Н.Е. Курносов, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, (8412) 36 – 80 – 71, 
ttmo-pgu@mail.ru (Россия, Пенза, ФГБОУ ВПО ПГУ), 
А.С. Асосков, инженер-конструктор, (8412) 36 – 92 – 30, 
asoskov_w@mail.ru (Россия, Пенза, ОАО «Пензадизельмаш») 
 
ВИХРЕВАЯ ИОНИЗАЦИЯ – КАК СРЕДСТВО 
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ МЕХАНИЧЕСКОЙ 
ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ 
 
Рассматриваются исследования вихревого ионизатора как устройства для 
выработки ионизированного газа и влияние вихревой ионизации на технологические аспекты механической обработки на примере токарной операции при точении хромистой стали. 
Ключевые слова: механическая обработка, исследование вихревого ионизатора, технология обработки хромистых сталей. 
 
Введение. Снижение себестоимости изготовления деталей без 
ухудшения качества является одной из основных задач, стоящих перед 
разработчиками технологических процессов, в том числе и в машиностроении. Кроме технологических показателей качества и экономических 
соображений происходит ужесточение требований к производству изделий 
машиностроения со стороны санитарных норм для рабочего места станочника. Для удовлетворения озвученных аспектов требуется постоянное совершенствование технологии изготовления деталей, включая механическую обработку. 
Технология механической обработки деталей в наше время совершенствуется по разным направлениям: совершенствование станочного 
парка, технологической оснастки, смазочно – охлаждающих технологических средств (СОТС), использование новых физических эффектов. Станки 
совершенствуются в сторону возможности работы без участия человека – 
создание и совершенствование роботизированных обрабатывающих комплексов. Технологическая оснастка становится более долговечной и упрощенной за счет новых материалов, используемых для ее изготовления и 
более совершенных станков. Применяемые новые физические эффекты в 
машиностроении включают в себя ультразвуковое, лазерное, колебательное, электромагнитное и прочее воздействие как на средство изготовления 
изделия, так и непосредственно на заготовку. Новые СОТС включают в себя новые виды смазочно – охлаждающих жидкостей (СОЖ) и газов, а также способы их доставки в зону резания. 
Среди способов охлаждения зоны резания в середине прошлого века был опробован метод сухого электростатического охлаждения (СЭО). К 
настоящему моменту разными изобретателями создано большое разнообразие технических средств для подготовки ионизированных газов. Общим