Введение к работе
Актуальность. Токарная обработка железнодорожных колёс, прокатных валков и других крупных стальных деталей характеризуется сочетанием противоречивых требований: повышением производительности и обеспечением точности и качества обработанных поверхностей.
Так, например, обеспечению регламентированного биения обработанной поверхности профиля катания железнодорожного колеса препятствуют большие и изменяющиеся силы резания, а также интенсивное изнашивание резцов в процессе резания. Проблема достижения требуемых характеристик точности осложняется тенденцией повышения твёрдости железнодорожных колёс от 2850 до 3600 МПа. Отсутствие рекомендаций по форме передней поверхности режущих пластин не обеспечивает завивания и дробления стружки. Снижению интенсивностей изнашивания режущего лезвия препятствует отсутствие теоретических методов обобщения влияния условий резания на изнашивание и деформации режущего лезвия, а также на силы резания. Указанные выше недостатки снижают эффективность восстановления профиля железнодорожных колёс.
Таким образом, задача повышения эффективности точения сталей в тяжелых условиях термомеханического нагружения режущего лезвия актуальна для производства и для науки о технологических процессах обработки металлов резанием.
Цель работы. Повышение эффективности точения бандажных сталей путем разработки рекомендаций по назначению оптимальных геометрических параметров инструмента и режимов резания, обеспечивающих уменьшение интенсивности изнашивания режущего лезвия и регламентирование биение обработанной поверхности, а также путем совершенствования теоретических методов температур, касательных напряжений и сил, характеристик изнашивания и износостойкости режущих инструментов.
Для достижения этой цели в работе поставлены следующие задачи исследования:
- разработать модель расчёта характеристик износостойкости режущего
инструмента на основе учета изменений интенсивностей изнашивания в те
чение периода стойкости и их зависимости от температуры и напряжений ре
жущего лезвия;
- усовершенствовать термомеханическую модель расчёта касательных
напряжений и температур при резании и сопоставить расчётные значения тем
ператур с известными экспериментальными данными;
оценить влияние зависимостей предела прочности обрабатываемой стали от температуры при растяжении на ее действительные механические свойства при резании;
исследовать влияние условий резания, а также формы режущих кромок в плане на силы резания и вызванные ими отклонения обработанной поверхности. Сопоставить расчётные результаты с экспериментальными.
теоретически и экспериментально обосновать назначение рациональных формы и геометрических параметров режущего лезвия в секущей плоскости (передних углов, упрочняющих и стабилизирующих фасок, притуплений задней поверхности), а также в плане (углов в плане, радиусов закругления вершины режущего лезвия), обеспечивающих рациональную схему стружко-образования, завивание стружки и сопротивление пластическим деформациям режущего лезвия;
на основании выполненных исследований разработать программы, позволяющие назначить практические рекомендации по совершенствованию технологии обработки, формы, геометрии и конструкции режущего инструмента, режимов резания с учётом требований точности и качества обработанной поверхности.
Достоверность и обоснованность основных результатов и выводов достигалась путем сопоставления теоретических результатов с экспериментальными, в том числе с данными других авторов, путем оценки погрешностей эксперимента статистическими методами, путем применения корректных математических методов и совершенствования схематизации исследуемых процессов, путем проверки полученных результатов расчёта в широком диапазоне изменения условий резания.
На защиту выносятся:
- модели, алгоритмы, уравнения и программы, отражающие взаимосвязь
процессов изнашивания режущего лезвия, стружкообразования и формообразр-
вания обработанной поверхности, позволившие оптимизировать режимы реза
ния и форму режущего инструмента, повысить износостойкость инструмента и
обеспечить регламентированное биение обработанной поверхности;
- практические рекомендации по режимам резания и параметрам ре
жущих инструментов при восстановлении профиля железнодорожных колёс,
а также при проектировании колёсотокарных станков.
Научная новизна разработанных моделей, алгоритмов и программ заключается в следующем:
установлено, что влияние условий резания на интенсивность изнашивания режущего инструмента при точении сталей в тяжелых условиях термомеханического нагружения может быть обобщено использованием двух факторов: температуры формоустойчивости, обобщающей влияние максимальных температур передней и задней поверхностей режущего лезвия на интенсивность изнашивания, и отношения касательного напряжения, вычисленного по силам резания по методу Мичелла, к пределу прочности инструментального материала на изгиб;
установлено, что зависимость предела прочности обрабатываемой стали 60 от температуры при растяжении оказывает влияние на ее действительные механические свойства при резании, что позволило повысить точность расчёта контактных температур и касательных напряжений на поверхностях режущего инструмента.
Практическая полезность диссертации заключена:
в разработанных программах, позволяющих вычислять характеристики стружкообразования (температуры, силы, напряжения), изнашивания и износостойкости режущего инструмента, и формообразования обработанной поверхности;
в разработанных рекомендациях по повышению эффективности восстановления профиля железнодорожных колёс резцами с механическим креплением призматических и чашечных режущих пластин с упрочняющими и стабилизирующими фасками, с стружкозавивающей плоскостью, расположенной уступом, с криволинейными зачищающими кромками с регламентированным смещением вершины.
Реализация результатов. Программы, режущий инструмент и практические рекомендации использованы при разработке технологического процесса восстановительной токарной обработки железнодорожных колёс и при проектировании колёсотокарного станка, которые внедрены в ремонтном вагонном депо Тосно (ВЧДР-15) и в ОАО «Октябрьский электровагоноремонтный завод».
Апробация работы. Основные научные результаты работы докладывались на IV Международной научно - технической конференции. 2008 г. - г. Томск, Всероссийской научно-технической конференции. Россия молодая: передовые технологии - в промышленность, 2008 г. - г. Омск, VI Международной научно-технической конференции, 2007 г. - г. Омск, Международной научно-технической конференции, 2008 г. - г. Харьков, IV Международной научно -технической конференции., 2008 г. - г. Тюмень.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов, библиографического списка. Изложена на 163 страницах, содержит 89 иллюстраций, 11 таблиц и I приложения
