Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Влияние деформирования срезаемого слоя на нагружение и работоспособность инструмента при точении на станках с ЧПУ Путилова Ульяна Сергеевна

Влияние деформирования срезаемого слоя на нагружение и работоспособность инструмента при точении на станках с ЧПУ
<
Влияние деформирования срезаемого слоя на нагружение и работоспособность инструмента при точении на станках с ЧПУ Влияние деформирования срезаемого слоя на нагружение и работоспособность инструмента при точении на станках с ЧПУ Влияние деформирования срезаемого слоя на нагружение и работоспособность инструмента при точении на станках с ЧПУ Влияние деформирования срезаемого слоя на нагружение и работоспособность инструмента при точении на станках с ЧПУ Влияние деформирования срезаемого слоя на нагружение и работоспособность инструмента при точении на станках с ЧПУ
>

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Путилова Ульяна Сергеевна. Влияние деформирования срезаемого слоя на нагружение и работоспособность инструмента при точении на станках с ЧПУ : диссертация ... кандидата технических наук : 05.03.01 / Путилова Ульяна Сергеевна; [Место защиты: Тюмен. гос. нефтегаз. ун-т].- Тюмень, 2009.- 182 с.: ил. РГБ ОД, 61 09-5/2400

Введение к работе

Актуальность темы. В процессе точения жаропрочных сталей и сплавов на станках с числовым программным управлением (ЧПУ) при переходе от образования сливной стружки к образованию суставчатой стружки с увеличением контактных напряжений и температур преимущественным видом отказов твердосплавного инструмента из-за накопления повреждений становится разрушение режущих лезвий в виде выкрашиваний, микро- и макросколов, что приводит к повышенным инструментальным расходам, к существенному увеличению трудоемкости обработки, а также к потерям по браку и простоям дорогостоящего автоматизированного технологического оборудования. При этом оценка повреждений режущих лезвий затруднена отсутствием устройств и методов измерения системы геометрических параметров, необходимых при определении интенсивности и энергии разрушения лезвий твердосплавного инструмента. Эффективность обработки жаропрочных сталей и сплавов на станках с ЧПУ в этих условиях обеспечивается прежде всего рациональным нагружением инструмента контактными нагрузкам, которое в свою очередь обуславливает использование управления процессами резания. Точение жаропрочных сталей и сплавов в условиях нестационарного резания связано, таким образом, с необходимостью разработки моделей и алгоритмов диагностики деформационных процессов и управления режимами резания с оперативным вводом соответствующих коррекций, реализация которых принципиально может быть обеспечена с использованием станков, оснащенных системами ЧПУ класса PCNC.

Цель работы. Повышение эффективности использования режущего инструмента на основе диагностики деформационных процессов в зоне резания и управления обработкой при точении жаропрочных сталей и сплавов на станках с ЧПУ.

На основании изложенного выше при выполнении диссертационной работы необходимо решить следующие задачи исследования:

  1. Разработать систему измерений и регистрации параметров, а также модель разрушений лезвий режущего инструмента.

  2. Исследовать процессы и взаимосвязь деформирования срезаемого слоя с нагружением инструмента системой силовых и температурных контактных нагрузок при изменении входных параметров процесса резания.

  3. С использованием данных о величинах контактных нагрузок установить распределение напряжений, деформаций и температур в режущем клине твердосплавного инструмента. С учетом изменения параметров нагружения режущего лезвия в процессе нестационарного резания при точении жаропрочных сталей и сплавов на станках с ЧПУ дать оценку его работоспособности.

  4. Установить схемы рационального силового и температурного нагружения элементов конструкций сборного инструмента и разработать инструмент повышенной работоспособности применительно к условиям нестационарного резания жаропрочных сталей и сплавов на станках с программным управлением.

  5. Разработать систему определения параметров деформирования срезаемого слоя, модель и программное обеспечение диагностики процесса нестационарного резания, а также рациональные алгоритмы управления режимами резания с

оперативным вводом коррекций при точении жаропрочных сталей и сплавов на станках, оснащенных системами ЧПУ класса PCNC.

Методы исследования. При выполнении работы использованы основные положения, методология и методы технологии машиностроения, теории резания и теории автоматического управления, теории конечных пластических деформаций, теории прочности, фрактографии и механики разрушений, вычислительной математики, компьютерного моделирования и программирования, математической обработки результатов экспериментов.

Научная новизна.

  1. Установлено, что при точении жаропрочных сталей и сплавов с переходом от образования сливной к образованию суставчатой стружки изменяется характер повреждений и преобладающим видом отказов твердосплавного инструмента вместо изнашивания становятся микро- и макровыкрашивания, проявляющиеся в виде множественных усталостных и смешанных разрушений режущих лезвий. С использованием разработанной установки и метода лазерного сканирования в результате проведенных исследований получена модель формирования повреждений режущих лезвий и геометрических параметров - площади и объема повреждений, что позволяет определять интенсивность и энергию разрушений лезвийного твердосплавного инструмента в процессе точения жаропрочных сталей и сплавов.

  2. С использованием положений теории конечных пластических деформаций научно обоснована, выдвинута и подтверждена результатами экспериментальных исследований гипотеза об условиях перехода от образования сливной к образованию суставчатой стружки при достижении конечных пластических деформаций удлинения в направлении формирующейся при резании жаропрочных сталей и сплавов текстуры стружки. Предложены математические модели и установлены параметры деформирования обрабатываемого материала в зоне резания, характеризующие условия этого перехода. Разработаны алгоритмы определения геометрических параметров формирующихся при этом элементов суставчатой стружки.

  1. Создана кинематическая модель формирования суставчатой и элементной стружки при точении жаропрочных сталей и сплавов, что позволило схематизировать распределение напряжений, а также получить зависимости и соотношения величин параметров контактного взаимодействия в зоне резания и на рабочих поверхностях лезвий твердосплавного инструмента при его циклическом нагруже-нии в процессе формировании элементов суставчатой стружки.

  2. Разработана модель и алгоритмы расчета напряжений в зоне резания и на лезвии режущего инструмента, позволяющие определять распределение контактных нагрузок на лезвии инструмента по данным о деформациях срезаемого слоя при точении. Результатами экспериментальных исследований подтверждено положение о том, что параметром, однозначно характеризующим величину и сочетание контактных нагрузок при точении, является кинематический относительный сдвиг, определяемый при резании через кинематическую усадку стружки.

  3. Установлено, что при оценке прочности инструмента напряженное состояние режущего лезвия при точении жаропрочных сталей и сплавов в различ-

ных фазах формирования элементов суставчатой стружки описывается асимметричными циклами сложной системы напряжений. При этом работоспособность инструмента определяется кумулятивной функцией накопления повреждений Пальмгрена-Майнера, являющейся одновременно энергетической и вероятностной характеристикой прочности, а также удельным объемом и удельной работой разрушения лезвий твердосплавного инструмента.

6. Разработана модель и программно-аппаратное обеспечение, а также система диагностики и управления процессом резания на станках, оснащенных системами ЧПУ класса PCNC, обеспечивающие при деформировании срезаемого слоя с образованием суставчатой и элементной стружки стабилизацию силовых и температурных контактных нагрузок в процессе циклического нагружен ия режущего лезвия (в режиме „,„ = consf), что позволяет повысить работоспособность режущего инструмента при точении жаропрочных сталей и сплавов.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

- разработаны методы и устройства для определения геометрических пара
метров повреждения лезвий режущего инструмента при его разрушениях, позво
ляющие прогнозировать интенсивность разрушений режущего инструмента при
точении жаропрочных сталей и сплавов на станках с ЧПУ;

- реализована система оперативного измерения кинематической усадки
стружки в процессе нестационарного резания, позволяющая использовать данные
диагностики для стабилизации контактных напряжений и температуры на рабо
чих поверхностях лезвия инструмента при точении жаропрочных сталей и спла
вов на станках с ЧПУ;

созданы конструкции сборного режущего инструмента, обеспечивающие повышение его работоспособности за счет рационального силового и температурного нагружения сменных режущих пластин (СРП);

предложен программно-аппаратный комплекс диагностики и управления процессами деформирования срезаемого слоя при нестационарном резании, а также интерфейс оператора, включающий программные продукты для диагностики и ввода оперативных коррекций в режимы резания при точении жаропрочных сталей и сплавов на станках, оснащенных системами ЧПУ класса PCNC.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались в период с 2005 по 2009 г.г. на: Международной научно-технической конференции «Нефть и газ Западной Сибири», г. Тюмень, 2005; Региональной научно - практической конференции «Новые технологии - нефтегазовому региону», г. Тюмень, 2005; Международной научно-технической конференции «Повышение качества продукции и эффективности производства», г. Курган, 2006; Международном форуме «Актуальные проблемы современной науки», г. Самара, 2006; Всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации», г. Новосибирск, 2006; Региональной научно - практической конференции «Новые технологии - нефтегазовому региону», г. Тюмень, 2006; Всероссийской научно - практической конференции «Инновационные технологии и экономика в машиностроении», г. Юрга, 2007; Международной научно - практической конференции «Новые материалы, неразрушающий контроль и наукоемкие технологии в машиностроении», г. Тюмень, 2008.

Исследования проводились при поддержке гранта Губернатора Тюменской области. Выполнение научных разработок отмечено в 2006 г. Дипломом победителя регионального конкурса научных работ по машиностроению.

Реализация результатов работы. Результаты исследований внедрены на предприятиях Тюменской области, а именно: ОАО «ТЮМЕНСКИЕ АВИАДВИГАТЕЛИ», ОАО «ГРОМ», а также ООО «Сибинструментсервис». При изготовлении деталей авиадвигателей и нефтегазового оборудования реализовано переоснащение токарных станков доработанными системами ЧПУ класса PCNC и диагностическими модулями. Диагностика ТС и оперативный ввод коррекций по режимам резания реализованы с использованием специализированного программно-аппаратного комплекса. При точении жаропрочных сталей и сплавов используются разработанные конструкции сборного инструмента и оперативное управление точением на станках с ЧПУ, что обеспечило наибольшую для конкретных условий эффективность обработки. Результаты исследований используются в учебном процессе ТюмГНГУ, а также в курсовом и дипломном проектировании на выпускающих кафедрах машиностроительного профиля.

Авторские разработки защищены патентами на изобретения: № 2309818, № 2311990, а также свидетельствами об официальной регистрации программ для ЭВМ: № 2007613348, № 2008610386, № 2008610388.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано с 2005 по 2009 г. в 17 печатных работах. В том числе 3 работы опубликованы в изданиях, рекомендованных перечнем ВАК.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов и приложений. Работа изложена на 148 страницах машинописного текста, содержит 27 рисунков, 12 таблиц, список литературы из 132 наименований.

Похожие диссертации на Влияние деформирования срезаемого слоя на нагружение и работоспособность инструмента при точении на станках с ЧПУ