Введение к работе
Актуальность темы. При организации современного производства возникает проблема дробления стружки при достижении требуемого качества обработанной поверхности в процессе механической обработки пластичных материалов. Использование в современном машиностроительном производстве высокоточного автоматизированного металлорежущего оборудования повышает требования к инструментальной оснастке. Возможности инструмента в значительной мере определяют эффективность эксплуатации дорогостоящих станков. В свою очередь повышение точности заготовительного производства влечет за собой возрастание роли чистовых лезвийных операций. Решение приоритетной задачи обеспечения качества обработанной поверхности должно сочетаться с поиском оптимального решения задач повышения производительности и снижения себестоимости процесса обработки, в том числе и за счет совершенствования конструкций режущих инструментов.
В условиях чистового точения инструмент работает с высокими скоростями резания и небольшими сечениями срезаемого слоя. Стружка формируется при высокой температуре и имеет малую жесткость витка, что еще более затрудняет дробление. Непрерывная стружка не позволяет автоматизировать операции установки, обработки и контроля, препятствует механизации вспомогательных процессов ее уборки и транспортировки, является причиной поломок инструмента и снижения качества обработанной поверхности изделия, а также может стать потенциальным источником травматизма обслуживающего персонала.
Наиболее простым и в полной мере эффективным является способ дробления за счет использования инструментов, оснащенных специальными сменными многогранными пластинами (СМП), получивший широкое распространение за рубежом. Однако, техническая информация, которой сопровождают свою продукцию зарубежные фирмы–изготовители, носит рекомендательный и, в большей степени, рекламный характер, что не позволяет достоверно оценивать эксплуатационные возможности предлагаемых инструментов. Современные технологии изготовления твердосплавных инструментов предоставляет возможность проектировать и изготавливать рабочие поверхности СМП любой формы, что выгодно выделяет инструменты с механическим креплением режущих пластин из всей номенклатуры инструментов. В свою очередь продукция отечественных производителей твердосплавного инструмента не выдерживает конкуренции с зарубежными аналогами. В результате отечественные машиностроительные предприятия, в том числе военно–промышленного комплекса, могут оказаться в полной зависимости от импортного инструмента. Одной из причин сложившейся ситуации является отсутствие теоретически обоснованных методик проектирования рабочих поверхностей СМП, которые являются промышленными секретами зарубежных фирм. Таким образом, совершенствование существующих и разработка инновационных импортозамещающих конструкций СМП с рациональными формами передней поверхности и режущей кромки и способов их проектирования является актуальной научной и практической задачей.
Предоставленные в работе исследования выполнены в рамках проекта РФФИ № 09-08-99078 «Теоретические основы проектирования режущих инструментов, оснащенных сменными многогранными пластинами, для повышения эффективности лезвийной обработки » и госбюджетной темы №14-06 «Повышение эффективности и качества механической обработки на основе совершенствования процессов резания и конструкций инструментов».
Объектом исследования являются процессы чистового точения, характер изменения выходных характеристик которых связан с варьированием конструктивными параметрами режущего инструмента.
Предметом исследования являются характер влияния формы, местоположения и геометрических параметров стружкозавивающих элементов передней поверхности СМП и формы режущей кромки на процессы формообразования обработанной поверхности, завивания и дробления стружки в условиях чистового точения.
Целью работы является повышение производительности чистового точения пластичных материалов при достижении требуемого качества обработанной поверхности.
Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:
-
Проанализированы условия работы активной части режущей кромки СМП в процессе чистового точения пластичных материалов.
-
Сделана классификация элементарных участков передней поверхности СМП для чистовой обработки по их форме и функциональному назначению.
-
Установлен характер влияния формы, местоположения и геометрических параметров элементов передней поверхности СМП, определяющих процессы завивания и дробления стружки.
-
Разработана методика проектирования рациональной формы дискретной режущей кромки с заданным функциональным назначением каждого из ее участков.
-
Разработаны практические рекомендации по повышению эксплуатационных характеристик существующих и предлагаемых новых многофункциональных конструкций СМП.
Методы исследования.
Теоретические исследования базируются на основных положениях теории резания металлов и проектирования инструментов, теории пластичности и упругости, методов математического и компьютерного моделирования, дифференциального и интегрального исчисления, теоретической механики. Экспериментальные исследования осуществлялись по стандартным методикам. Исследования проводились в лабораторных и производственных условиях с использованием промышленного оборудования и современных измерительных средств. Обработка результатов экспериментов проводилась методами математической статистики с применением ЭВМ. Оценка формы стружки и процесса стружкообразования осуществлялась с использованием скоростной видео и фото съемки камерой Nicon coolpix 5700.
Автор защищает:
классификацию, позволяющую выявить и систематизировать по функциональному назначению элементарные участки (элементы) передней поверхности;
геометрическую модель стружкозавивающих элементов передней поверхности СМП для чистового точения, устанавливающую их форму и положение с целью управления процессами завивания и дробления стружки;
метод оценки влияния формы активной части режущей кромки СМП на выходные параметры чистового точения, определяющий место положение границы разделения припуска на части, одна из которых удаляется в виде стружки, а другая пластически деформируется инструментом;
методику проектирования СМП, отличающуюся обоснованием рациональной формы дискретной режущей кромки с заданным функциональным назначением каждого из ее участков для конкретных условий лезвийной обработки;
способ изменения положения стружкозавивающих элементов передней поверхности СМП относительно поперечного сечения срезаемого слоя, обеспечивающий расширение области режимов резания с дроблением стружки и определяющий их положение при разрушении ее витка на элементы требуемой формы и размеров.
экспресс-метод проектирования передней поверхности СМП, устанавливающий рациональное положение и форму стружкозавивающего элемента, которые обеспечивают для конкретного обрабатываемого материала гарантированное дробление стружки на элементы с заданными формой и размерами.
Научная новизна заключается:
в теоретическом обосновании формы и места положения стружкозавивающих элементов передней поверхности СМП для чистового точения, определяющих процесс завивания и дробления стружки;
в установлении характера и степени влияния расположения границы разделения припуска на части, срезаемые формообразующим участком режущей кромки, одна из которых удаляется в виде стружки, а другая пластически деформируется, на шероховатость обработанной поверхности и износ режущего инструмента;
в обосновании дискретного исполнения режущей кромки СМП, при ее разделении по функциональному назначению путем изменения формы задней поверхности.
Практическая ценность.
В результате проведенных исследований разработаны:
практические рекомендации по улучшению эксплуатационных характеристик существующих и новых многофункциональных конструкций СМП для повышения эффективности чистового точения в условиях автоматизированного производства;
конструкции СМП дискретного исполнения режущей кромки, обеспечивающие повышение производительности лезвийной обработки за счет совмещения чистового точения и другими видами токарной обработки, и повышение стойкости режущего инструмента за счет разделения тепловых потоков.
Реализация работы.
Результаты работы приняты к внедрению на производстве ООО «Щекинский завод РТО». Материалы диссертации используются в учебном процессе в курсах лекций: «Режущий инструмент», «Резание материалов».
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы доложены на Международной научно-технической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения С.С. Петрухина (г. Тула, 2003 г.), на Международной юбилейной научно–технической конференции «Наука о резании металлов в современных условиях», посвященной 90–летию со дня рождения В.Ф Боброва (г. Тула, 2005 г.), на Международной юбилейной научно–технической конференции «Инструментальные системы машиностроительных производств», посвященной 105-летию со дня рождения С.С. Петрухина (г. Тула, 2008 г.) а также на ежегодных научно–технических конференциях профессорско–преподавательского состава Тульского государственного университета.
Публикации.
Основное содержание работы изложено в 9 публикациях, в том числе в 5 в списке включенных в перечень ВАК, объемом 14,4 п.л., из них авторских 4,3 п.л.
Структура и объем диссертации.
