facebook
twitter
vk
instagram
linkedin
google+
tumblr
akademia
youtube
skype
mendeley
Wiki
Global international scientific
analytical project
GISAP
GISAP logotip
Перевод страницы
 

Повышение эффективности процессов механической обработки конструктивно сложных деталей инструментами из сверхтвердых материалов

Повышение эффективности процессов механической обработки конструктивно сложных деталей инструментами из сверхтвердых материалов
Евгений Васильевич Павлов , заведующий кафедрой, кандидат технических наук, доцент

Евгений Алексеевич Кудряшов, проректор, доктор технических наук, профессор

Елена Яцун, заведующий кафедрой, кандидат технических наук, доцент

Юго-западный государственный университет, Россия

Участник первенства: Национальное первенство по научной аналитике - "Россия";

Открытое Европейско-Азиатское первенство по научной аналитике;

УДК 621.914

В данной статье содержатся результаты научно-исследовательской работы по определению работоспособности инструментов из сверхтвердых материалов при обработке конструктивно сложных деталей машиностроительного назначения

Ключевые слова: технологический процесс, точение, резец, композит, обрабатываемая поверхность, качество, точность, эффективность.

This article contains the results of research to determine the efficiency of the tools of superhard materials in the processing of highly engineered components engineering applications.

Keywords: technological process, turning, chisel, composite, surface being treated, quality, accuracy, efficiency.

 

В различных отраслях промышленности достаточно широкое применение находят детали с комбинированными поверхностями, состоящие из разнородных конструкционных материалов, у которых основным элементом конструкции является металлическая основа, образующая с пластмассовым наполнителем неразъемное соединение.

В изготовлении подобных деталей главной технологической проблемой является инструментальное обеспечение и выбор способа обработки для воспроизводства заданных точностных и качественных показателей. Традиционными инструментальными материалами комбинированные поверхности практически не поддаются обработке, поэтому требуются дополнительные решения, вплоть до внесения изменений в конструкцию детали.

Как свидетельствуют результаты исследования и промышленный опыт, возможности интенсификации режимов резания деталей повышенной конструктивной сложности традиционными инструментальными материалами практически исчерпаны. В настоящее время исследования в основном направлены на снижение расхода инструментальных материалов на единицу инструмента. Они касаются выявления резервов производства за счет интенсификации режимов обработки путем оптимизации геометрических параметров режущей части инструмента. Такой подход к созданию современной технологии носит ограниченный характер, так как дальнейшее развитие механики процесса резания должно быть направлено не только по пути уточнения отдельных положений, но и раскрытия ключевых особенностей процесса резания, в том числе новыми инструментальными материалами, в приложении к точению конструктивно сложных поверхностей.

Недавние ограничения в применении современного инструментального обеспечения для обработки точением конструктивно сложных поверхностей деталей касались известных положений о высокой хрупкости инструментальных материалов, в частности композитов, особенно при обработке прерывистых, направленных и комбинированных поверхностей, состоящих из разнородных конструкционных материалов.

О высокой работоспособности этих прогрессивных инструментальных материалов свидетельствует накопленный опыт исследований в области обработки композитами гладких и прерывистых, восстановленных наплавкой поверхностей деталей при чистовом и отделочном, в том числе и сверхскоростном резании, в самых экстремальных условиях [1-6].

Известны причины, обуславливающие неустойчивый характер процесса резания конструктивно сложных поверхностей деталей: цикличность за счет чередования гладких и прерывистых участков обрабатываемой поверхности, изменения и колебания сил резания, температуры, а так же изменение условий стружкообразования. Нестабильность прерывистого резания влияет на износ инструментов, определяет стойкость и, в конечном счете, качественные показатели процесса.

При прерывистом резании через промежутки времени, измеряемые секундами или долями секунд, резание чередуется с холостым пробегом режущей кромки инструмента. Начало каждого резания осуществляется или при нулевой (например, при встречном фрезеровании), или при всей заданной толщине (строгание) срезаемого слоя. Возникает ряд специфических явлений, в результате которых изменение стойкости инструмента подчиняется иным зависимостям и закономерностям, чем при непрерывном резании.

Особенности этих закономерностей наиболее резко проявляются при работе твердосплавным инструментом и инструментом из сверхтвердых материалов.

Проблема оптимального контакта актуальна и сейчас, когда отечественная металлообрабатывающая отрасль получает разнообразное инструментальное обеспечение, в том числе лезвийные инструменты, оснащенные поликристаллическими сверхтвердыми материалами на основе кубического нитрида бора – торговая марка композиты.

По своей природе, специфике процесса получения, все композиты относятся к категории хрупких инструментальных материалов; их кристаллическая структура не свободна от микротрещин, что является основной причиной сдерживания использования композитов при обработке прерывистых поверхностей, при ударных нагрузках на режущую часть инструмента.

Известно одно из простых решений этой проблемы – применить у режущих элементов положительный угол наклона главной режущей кромки. Действительно, при обработке прерывистых поверхностей происходит некоторое повышение стойкости инструмента, поскольку врезание в обрабатываемую поверхность заготовки происходит не вершиной (что приводит к ее выкрашиванию и разрушению), а периферией режущей кромки. Но, в связи с высокой хрупкостью, это решение для композитов не является приемлемым.

Обобщенный опыт исследований в области чистовой обработки композитами конструктивно сложных поверхностей деталей позволяет сделать заключение о том, что при точении прерывистых поверхностей имеет место закономерное чередование рабочих ходов со снятием стружки и холостых пробегов инструмента. За полный цикл обработки прерывистой поверхности инструмент осуществляет: 1) врезание; 2) рабочий ход (резание); 3) выход из контакта с обрабатываемой поверхностью; 4) холостой пробег (рис. 1).

Рис. 1. Схема обработки прерывистой поверхности детали

 

Отличие обработки поверхности, например, состоящей из чередующихся участков металла и пластмассы, заключается в отсутствии холостого пробега инструмента. За обработкой металлического участка следует резание пластмассового и т.д. В свою очередь при резании каждого участка имеется три этапа: 1) врезание; 2) рабочий ход; 3) выход инструмента из контакта с металлом и врезание в пластмассу (рис. 2).

Рис. 2. Схема обработки поверхности из двух конструкционных материалов

(п – пластмасса, м – металл)

Величина припуска и частота повторения этапов процесса резания имеют нерегулярный характер и определяются конструкцией детали.

В зависимости от геометрии режущей части резца и его положения относительно обрабатываемой поверхности заготовки, первоначальный контакт (врезание) может произойти в одном из следующих положений режущей части инструмента и поверхности резания: а) точечный контакт вершины инструмента А с точками плоскости среза S, T, Uили V; б) линейный контакт режущей кромки инструмента с сечением плоскости среза ST, TU, UVили VS; в) плоскостной контакт STUV передней поверхности резца с обрабатываемой поверхностью заготовки (рис. 3).

Рис. 3. Возможные варианты контакта резец - обрабатываемая поверхность

Из девяти возможных вариантов первоначального контакта самый неблагоприятный контакт вершина резца A с точкой плоскости среза Sи наиболее выгодный, с точки зрения стойкости инструмента, контакт передней поверхности резца с обрабатываемой поверхностью заготовки STUV.

Очевидно, что вариант плоскостного контакта STUVявляется предпочтительным, поскольку нагрузка одновременно и равномерно принимается всей передней поверхностью резца (см. рис. 3).

Оптимальному контакту передней поверхности резца с поверхностью заготовки STUVсоответствует определенное значение угла ?(угол поворота заготовки до первого касания передней поверхности инструмента с поверхностью резания) (рис. 4).

.                                       (1)

Рис. 4. Схема определения угла поворота заготовки до первого касания

передней поверхности инструмента с поверхностью резания

На рис. 4 и в формуле (1): ? и ?' – минимальный и максимальный угол касания вершины инструмента А к минимально и максимально расположенным точкам контакта обрабатываемой поверхности металлического и пластмассового участков (r3min,r3max); ? и ?' – минимальный и максимальный угол, образованный линией касания, проходящей через центр заготовки, вершину инструмента и точку M,образованную на оси ординат перпендикуляром из вершины инструмента A.

В этом положении режущей части инструмента и обрабатываемой поверхности расчетным путем найден  угол поворота ?, а так же критические значения углов ?и?резца, соответствующие оптимальной работоспособности инструмента.

Угол поворота:

            (2)

Критическое значение углов резца:

                                           (3)

В формулах (2) и (3): tи t' – изменение глубины резания вследствие колебания величины припуска металлического и пластмассового участков, мм; amin,amax– минимальная и максимальная величина смещения вершины инструмента А (А') в момент первоначального контакта ее с обрабатываемой поверхностью, мм; l – длина участка пластмассы, мм.

В результате обработки исходных данных для возможных девяти вариантов первоначального контакта режущей части инструмента с обрабатываемой поверхностью получено графическое изображение диаграммы выбора геометрии режущей части инструмента из композита для точения конструктивно сложных деталей (рис. 5).

Рис. 5. Диаграмма выбора геометрии режущей части инструмента:

Зона 1 – оптимальные условия резания (контакт U, STUV);

Зона 2 – хорошие условия резания (контакт U1-UT, U2-UV);

Зона 3 – удовлетворительные условия резания (контакт UV-VS, UT-TS);

Зона 4 – неблагоприятные условия резания (контакт TS-VS).

Аналитическое решение проблемы обеспечения оптимального контакта режущей части резца с обрабатываемой поверхностью заготовки, представляющей сочетание металлической основы и пластмассы, позволило установить зависимости положения инструмента в процессе точения и рабочими углами резания, как предпосылку нахождения оптимальной геометрии режущей части резца.

Оптимальные условия резания имеют место в случае выбора переднего угла и угла наклона главной режущей кромки резца в зоне 1 при контакте всей передней поверхностью инструмента STUV с поверхностью заготовки в точках U между ограничительными линиями U1U2. Этому условию соответствует конструкция инструмента с геометрией режущей части: отрицательные значения переднего угла и положительные значения угла наклона режущей кромки.

Все другие условия ухудшают работоспособность инструмента, а в зоне 4 (условия контакта TS - SV) процесс точения невозможен из-за разрушения режущей части резца.

 

Литература:

  1. Кудряшов Е.А. Обработка деталей инструментом из композитов в осложненный технологических условиях – Чита: ЧитГУ, 2002. Том 1. – 257с., Том 2. – 290с.
  2. Кудряшов Е.А. Технологические особенности лезвийной обработки комбинированных поверхностей деталей композитами //Обработка металлов. – Новосибирск. – 2002. - №1(14). – С. 26-228.
  3. Кудряшов Е.А. Обработка деталей из разнородных конструкционных материалов инструментом из композитов //Станки и инструменты. СТИН. - М., 2008. - № 12. – С.26-28.
  4. Кудряшов Е.А., Емельянов С.Г., Локтионова О.Г.Обработка пакетов из разнородных материалов инструментом из композитов //Труды Арсеньевского технологического института ДВГТУ. – Арсеньев: АрТИ ДВГТУ, 2009. – Вып.2. – С. 12-17.
  5. Кудряшов Е.А. Зависимость качества обработки от геометрии и условий контакта резца с конструктивно- сложной поверхностью заготовки //Известия КурскГТУ. – Курск, 2010. - №2(31). – С. 77-82.
  6. Кудряшов Е.А. Эффективность инструментального материала композит 10 при обработке конструктивно сложных поверхностей деталей машин //Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. Научный журнал. – Иркутск: ИрГУПС, 2010. - №2(26). – С. 245-247.
  7. Кудряшов Е.А. Эффективная работа инструмента из композита в условиях прерывистого резания //Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. – Орел, Госуниверситет – УНПК, 2011. - №6(290). – С. 79-84.
0
Ваша оценка: Нет Средняя: 6.2 (6 голосов)
Комментарии: 2

Артамонова Елена Николаевна

Работа производит впечатление своими передовыми исследованиями в плане государственной программы РФ по перестройке отечественного машиностроения путем модернизации производства, реформируя устаревшие технологии и заменяя их прогрессивными методами обработки деталей машин. Убедительны все исследования работы. т.к. основаны на фундаментальных постулатах технологии машиностроения, теории резания, моделирования, статистики и планировании экспериментов и т.п.

Vykhodets Alexander Mihailovich

очень хочется увидеть возрождение машиностроения в СНГ. поэтому появление такого исследования надо только приветствоватьРечь идет о тведосплапвном инструменте, который сегодня в дефиците. Приведенное физико-математическое обоснование процесса обработки является досточно убедительным. А.Выходец
Комментарии: 2

Артамонова Елена Николаевна

Работа производит впечатление своими передовыми исследованиями в плане государственной программы РФ по перестройке отечественного машиностроения путем модернизации производства, реформируя устаревшие технологии и заменяя их прогрессивными методами обработки деталей машин. Убедительны все исследования работы. т.к. основаны на фундаментальных постулатах технологии машиностроения, теории резания, моделирования, статистики и планировании экспериментов и т.п.

Vykhodets Alexander Mihailovich

очень хочется увидеть возрождение машиностроения в СНГ. поэтому появление такого исследования надо только приветствоватьРечь идет о тведосплапвном инструменте, который сегодня в дефиците. Приведенное физико-математическое обоснование процесса обработки является досточно убедительным. А.Выходец
Партнеры
 
 
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
Would you like to know all the news about GISAP project and be up to date of all news from GISAP? Register for free news right now and you will be receiving them on your e-mail right away as soon as they are published on GISAP portal.