Введение к работе
Актуальность пробле.лы.
В условиях рыночной экономики особый интерес представляют презде всего такие направления научных исследований, которые наиболее эффективно способствуют усгаэрепию научно-технического прогресса, не требуя при этом значительных капиталовложений. В области резания материалов к таким направленням относятся интенсификация обработки , , повьшенив точности и качества обработанных поверхностей с помощью оптимизации формы и параметров режущей части инструментов, совершенствования методов расчета характеристик процесса резания на основе установления достоверных и универсальных связей зтих характеристик с изменяющимися в широком диапазоне условиями резания.
Однако установление таких связей представляет значительную проблему поскольку традиционно применявшиеся для этого эмпирические методы, равно как и методы механики и теплофизики резания, оказались для этого недостаточно эффективными . Это связано с тем,что теоретические исследования проводились без учета влияния температуры на предел текучести при резании, а следовательно и на касательные напряжения, на параметры, характеризующие размеры и положение зоны деформации и застойной зоны и др. В свою очередь-это либо снижало точность расчета сил и температур, либо треоова--ло при изменении условий резания проведения новых экспериментов для уточнения сведений о характеристиках процесса струккообразо-' вания.
Альтернативой традиционному подходу, лрименявиеиуся в механике и теплофизике резания, является роиение этой задачи на основе взаимосвязи температуры н предела текучести обрабатываемого материала в процессе резания (термоиехаїгаческого подхода).
Учитывая вышеизложенное, теоретическое обобщение влияния условий резания на характеристики процессов струккообразозанил и изнашивания, на оптимальные геометрические параметры реяущего лезвия и разработіса методов расчета характеристик процесса резания и оптимальных режимов резания на основе теряомехаккческогп подхода, являются ваяной научной проблемой в области теории реэа-
ния материалов.
Практическое значение згой проблемы состоит в обобщении влияния условий реванш; на оптимальные реяимы резания, форму и геометрические параметры режущей части инструмента, в выявлении до-г.олнитолылла резервов интенсификации обработки, повышения точности и і-сачестпа обработанных поверхностей.
Работа глнолнялась но научно-техническим программам "Разработка осиюмашииостроигсльних нормативов режимов резания и создание единой системы рациональной эксплуатации режущих инструментов и "Льчациэшш технология".
Цель работы и задачи исследования.
Целью даїтой работа являлась интенсификация режимов резания и оптимизации г[ормы режущей части инструмента при точений пластичних иеталчов (в условиях сливного стружкоооразования) на основе термомеханнческого подхода к описанию аакономеркосгои связей характеристик струккообразованкя и изнашивания с условиями резания.
Дда достижения этой цели необходимо было решить следующее научные задачи:
разработать термомеханические иетоды расчета предела текучести и температури в зоне стружкообразования и на поверхностях нштакта инструмента со стружкой и деталью при резании пластичных металлов б области високих (практически целесообразных') скоростей, учитывающие как деформационно-скоростное упрочнение, так и температурное разупрочнение материала;
экспериментально исследовать закономерности теплообразования на аадних поверхностях застойной зони и фаски износа;
разработать методы расчета характеристик процесса струккооб-разонания, описывающие влияние оОрабатываемого материала, режима резания, параметров инструмента и других условий резания на усадку стружки, длину ее контакта с инструментом, распределения касательных и нормальных напряжений, температур, на углы схода етруа-ки и другие характеристики процесса струккообразоваяда;
экспериментально исследовать связь [інтенсивностей изнашивания инструмента с температурными факторами и на этой основе разработать аналитический метод определения нелинейных зависимостей
гараметров износа инструмента от пути резания и допускаемых изко-:остойкостыо инструмента скоростей резания .
Кроме того, решались практические задачи: разрабатывались іетодики, алгоритмы и программы для расчета допускаемых ограниче-шями по износостойкости инструмента скоростей резания , сил решил и допускаемых ограничениями по силам глубины резания, пода-!и, углов в плане, рациональных геометрических параметров и режимов резания при точении сплавов на никелевой основе и сталей, 'азработанные рекомендации и методы использовались при создании збщемашностроительных нормативов режимов резания и интенскфика-над обработки деталей в промышленности.
Методика исследования базируется на использовании методов механики сплошной среды, теплофизики технологических процессов, элементов теории эксперимента, применении вычислительной техники, стандартных и специальных измерительных устройств, приборов, экс-териментальных установок ( в частности автоматизированного тиристорного электропривода станка).
Научная новизна работы иостоит :
- в установленной теоретически и подтвержденной эксперимен
тально закономерности,проявляющейся в том, что при резании плас
тичных металлов предел текучести обрабатываемого материала
вследствие деформационно-скоростного упрочнения и температурного
разупрочнения достигает на участках передней и задней поверхкос-^
гей застойной зоны максимальньк значений, не зависящих от режима
резания; учет этого факта позволил а разработать более точные ме
тоды расчета касательных напряжений и температур;
- в установленных закономерностях изменения температуры на аске износа задней поверхности инструмента, связанных со значительной разницей в уровнях плотностей тепловых потоков на участках застойной зоны и фаски износа, вследствие чєі'о температура максимальна на режущей кромке и минимальна на некотором расстоянии от нее . Выяснение этих закономерностей позволило рассчитывать оптимальные размеры фасок предварительного притупления инструмента, а также величины первоначального и катастрофического износов при изменении условий резания в широком диапазоне;
- в разработанной термомеханической модели процесса резания.
- б -
которая благодаря учету влияния температури на предел текучести
а сллпоиателы;с, и на условия равновесия струмки, на минимум
«овдгозти струккоооразования и вырождение этого минимума, на изме-
неяи'.' япюры нормальных напряжений на передней поверхности) позво
лила количественно описать влияние условий резания на характерис
тики процесса сгружообразования (касательные и нормальные напря-
*:еннй, размеру зоны деформации и застойной зоны: длину контакта и
..садку отрукки, действительный угол схода стружи к минимальную
лабилизирующув фаску), а также на температуры и сіші/ резания,
рациональные геометрические параметры режущей части инструмента
при изменении условий резания:
- в установлении связей интенсивностей изнашивания инструмента J расетшлт температура'.:!!, что позволило путем интегрирования -усик соотношений определять режимы резания по критериям износостойкости в вироком диапазоне изменения условий реванкя с учетом w. нелинейного влияния на интенсивности изнашивания поверхностей ннструкеьта.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ заключается в разработке термо-мекачичееких методов и программ дли расчета характеристик процесії струккооСраьопаннл, сил, допускаемые режимов резания, в разра-
'ОІҐ0 !! ВНедрЗНИ!' a'^'^KTSIPHUX форм рег.уцеГО ЛЄЗБИЯ И ИНТЄНСИ8ШХ
Олкологш"! oopfCv,,,,;; деталей из сталей и сплавов.
РЕАЛИЗАЦИЯ PABCiU. Результати исследований использованы при ' ,',-.-.;>а'ютке оош.емді'існостроительних нормативов реккмов резания и і.оРлі расхода инструмента для тяхелых токарних станков, внедрена
л ряде кетаиностроителышх предприятий, екл-очєіш в коллективнуа
:..опог'рэди;и "Развитие каукн о резании металлоз и спла;.-ав" (1994
АИРОЬ'ЛЩ'.Я РАГ'01'ь.'. Результаты оасош дглслады.ча/шоь на Всесо-"г-нпл научна, кгсіівренщшк "Теплофияика процессов механической огабстки и оПоа-ютки давлением" (г. Куйбм&ев, 1966), "Теплофизика технологических процессов" (г.Тольятти, 19/2), "Проблеми обраоа-it'Baevor, л-нронгпчних сплавов резанием" (г,Уфа, 1975), "Пеоспек-тиви развития релуцего инструмента и повышение эффективности его -іримоненпя" fr.M.icicna.l076), "Прсоессивные методы обработки
- У -
труднообрабатываемых ?латериалов на мотачлорелущк станках" (г.Жданов, 1980), "Теплофизика технологических процессов" Сг.Волгоград, 19С0), "Надежность режущего инструмента" (г.Краматорск, 1982], на вокальной научно-технической конференции "Соверзенстко-вание процессов резания и средств автоматизации для повімешт производительности гиоких станочных систем" {г.Курган, 1990), а vaivxe на научных семинарах Московского авиационного и Киевского, Томского, Волгоградского, Тульского политехнических институтов, йлбшюксго.авиационно-технологического института и др.
Основное содержание диссертации полностью опубликовано с двух монографиях, семи статьях в центральных журналах и прирап-ненных к шш сборниках научных трудов без соавторства, з пяти статьях в центральных журналах в соавторстве, а таі«;е п трудах научных конференций. Отдельные практические разработки защищены пятью авторскими свидетельствами, а такхе огтубликоваки в оОкема-шшюстроителькых нормативах рекимов резания.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация содержит сведение, песть глаз, список литературы и прилс.теши. В конца глав имеются гіііводьі, а в конце диссертации - основные результаты и выводы ло работе.