Введение к работе
Актуальность темы
Эффективность обработки материалов резанием в значительной степени зависит от вида сходящей с инструмента стружки и надежности ее удаления из зоны резания и от станка. Стабильное получение благоприятной формы стружки часто является решающим фактором при организации малолюдной автоматизированной механической обработки. В условиях, когда операции установки, обработки, контроля, снятия детали, смены инструмента, транспортировки стружки выполняются автоматически, нарушение процессов устойчивого завивания и дробления стружки неизбежно влечет за собой возникновение аварийных ситуаций и нарушение технологического процесса.
Поиски решения проблемы стабильного получения благоприятной стружки привели к появлению множества различных методов. Наиболее эффективными из них являются способы управления сходом стружки путем создания сменных многогранных пластин (СМП) со сложной криволинейной формой передней поверхности. Производственный опыт и лабораторные исследования показывают, что при оптимальном сочетании геометрических параметров СМП и режимов резания удается не только получать компактную форму стружки, но и добиться повышения работоспособности инструментов и качества обрабатываемых поверхностей деталей.
Вместе с тем, приходится признать, что в настоящее время теория проектирования и эксплуатации инструментов со стружкозавивающей передней поверхностью находится на стадии своего развития. До сих пор разработка новых и усовершенствование существующих конструкций СМП осуществляется эмпирическим путем на основе длительных исследований. Отсутствие научно-обоснованного подхода к назначению геометрии лезвийных инструментов переводит эту задачу на уровень изобретательства. Остается нерешенной и проблема выбора оптимальных конструкций СМП для конкретных условий обработки. Очевидно, что целенаправленные действия по развитию методов проектирования и эксплуатации инструментов с СМП возможны лишь при полном представлении об особенностях формирования стружки инструментом со сложной формой передней поверхности и механики ее разрушения в процессе резания.
Недостаточная изученность процесса стружкообразование и научно-практическая значимость вопросов рационального проектирования и эксплуатации инструментов с криволинейной передней поверхностью обусловили актуальность и выбор темы диссертации.
Работа выполнена в соответствии с Федеральной целевой научно-технической программой по гранту Минобразования и науки 2005 г. «Снижение энергетических затрат при механической обработке материалов на основе оптимизации технологических условий резания с учетом получения благоприятной формы стружки» (тема РИ-111/001/007).
Цель и задачи исследования. Целью исследований является повышение эффективности проектирования и эксплуатации токарных резцов со сложной формой стружкозавивающей поверхности. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
-
Выполнить системный анализ причинно-следственных связей процессов образования, завивания и дробления стружки, при точении пластичных материалов.
-
Разработать математические модели пространственного формирования сливной стружки и ее разрушения при резании пластичных материалов инструментом со сложной формой стружкозавивающей передней поверхности.
-
Разработать автоматизированную систему проектирования режущих пластин со сложной формой передней поверхности и прогнозирования параметров схода стружки с инструмента.
-
Создать новые конструкции резцов с улучшенным отводом стружки из зоны резания.
-
Разработать научно-обоснованные рекомендации по проектированию и эксплуатации сборных резцов, оснащенных СМП со сложной формой стружкозавивающей поверхности.
Методы исследования. Задачи, поставленные в работе, решались экспериментальными и теоретическими методами. В теоретических исследованиях применены основные положения теории резания материалов и проектирования инструментов, теории пластичности и упругости, методы математического и компьютерного моделирования, теоретической механики. Исследования проводились в лабораторных и производственных условиях с использованием промышленного оборудования и современных измерительных средств. Обработка результатов экспериментов проводилась методами математической статистики.
Автор защищает
-
Математическую модель пространственного формирования стружки при резании инструментом со стружкозавивающей поверхностью.
-
Методы расчета и количественные зависимости параметров схода стружки от технологических условий обработки инструментом с криволинейной передней поверхностью.
-
Методы получения благоприятной формы стружки, основанные на управлении ее завиванием в трех взаимно перпендикулярных плоскостях.
-
Новые конструкции резцов с СМП, обеспечивающие получение БФС.
-
Автоматизированную систему прогнозирования формы стружки и получения на ее основе практических рекомендаций по проектированию и эксплуатации сборных резцов, оснащенных СМП со стружкозавивающей передней поверхностью.
Научная новизна заключается в установлении количественных закономерностей пространственного формирования стружки при резании пластичных материалов резцами со сложной формой передней поверхности, развитии методов естественного и принудительного стружкодробления.
Практическая значимость и реализация результатов работы
Разработана автоматизированная система прогнозирования параметров схода стружки при резании пластичных материалов, позволяющая повысить эффективность проектирования и эксплуатации резцов с СМП. Развито направление естественного управления формой стружки за счет интенсификации ее завивания в плоскости поперечного сечения. Созданы новые конструкции СМП с расширенными технологическими возможностями. Новизна конструкций подтверждена патентом (патент РФ № 2237549). Разработана методика расчета периодичности принудительного стружкодробления многовитковой сливной стружки.
Результаты работы приняты к внедрению на ОАО «Мотордеталь»,
ООО «Костромской завод автоматических линий». Материалы диссертации используются в учебном процессе на кафедре «Технология машиностроения» Костромского государственного технологического университета.
Апробация работы. Основные положения и результата диссертационной работы доложены и обсуждены на Международной научно-технической конференции «Технологическое обеспечение и автоматизированное управление параметрами качества поверхностного слоя, точности обработки детали и сборки газотурбинных двигателей» (Рыбинск 2007г.), Международной юбилейной технической конференции «Проблемы формообразования деталей при обработке резанием», посвященной 90-летию со дня рождения С. И. Лашнева (г. Тула, 2007г.), Международной школе-конференции молодых ученых, аспирантов и студентов им. П. А. Соловьева и В. Н. Кондратьева «Авиационная и ракетно-космическая техника с использованием новых решений» (Рыбинск, 2006г.), Всероссийской научно-технической конференции «Аэрокосмические технологии и образование на рубеже веков (Рыбинск, 2002г.), межвузовской научно-технической конференции молодых ученых и студентов, посвященной памяти Смирнова Е. А. «Студенты и молодые ученые университета – развитию науки и производства Костромской области – 2000 (Кострома, 2000г.).
Публикации результатов исследований. Основное содержание диссертации опубликовано в 14 научных работах объемом 3.9 п.л., из них авторских 2,1 п. л., в том числе в 3-х статьях в центральных изданиях, 1-м патенте,
7-и статьях в сборниках научных трудов, 2-х материалах научных конференций, 1 тезисов докладов.
Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников из 71 наименования и приложения. Работа изложена на 240 стр., содержит 133 рисунка,
1 таблицу.
