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

ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ИНСТРУМЕНТА И ДЕТАЛИ В ПРОЦЕССЕ ОБРАБОТКИ

Андрей Степанов, соискатель кафедры производства двигателей летательных аппаратов

Александр Исаакович Хаймович, преподаватель кафедры производства двигателей летательных аппаратов, кандидат технических наук, доцент

Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королёва , Россия

Участник конференции

УДК 621.9.1.

В статье представлены математические модели для определения параметров напряженно-деформированного состояния (усредненного напряжения s на единицу площади контакта, интенсивности усилий i, статических перемещений p, коэффициентов Ks и Ktзапаса прочности по нормальным и касательным напряжениям) для режущего инструмента и детали на примере обработки зубчатого колеса методом протягивания.

Ключевые слова: Планирование экспериментов, метод конечных элементов, автоматизированное проектирование, прогнозирование, напряжённо-деформированное состояние, программный комплекс, режимы резания, режущий инструмент.

The method of automated defining of cutting process parameters is defined (cutting speed, feed, period of durability) depending on parameters stress-strained condition. As the result of method application the choice of optimal cutting mode is possible, depending on knowledge base information, which is formed as the result of functioning program and hardware tools.

Keywords:Planning of experiments, method of the final elements, the automated design, prediction, stress-strained state, program complex, cutting conditions, cutting tool.

 

Для определения параметров напряженно-деформированного состояния детали и инструмента используют метод конечных элементов. Для этого, построив трехмерные модели детали и инструмента, составляют расчетную схему, приложив действующие на деталь и инструмент силы резания; выбрав материалы для изготовления детали и инструмента. После анализа нескольких комбинаций материалов пары инструмент-деталь можно назначить наиболее подходящие по условию прочности марки материалов для заданных условий обработки.

Например, расчетная схема протяжки представлена на рисунке 1. На каждый зуб протяжки дейст­вуют сила резания Pz, перпендикулярно передней грани зуба, и Py, перпендику­лярная задней грани зуба. Силы резания Pz  и Py опреде­ляют по форму­лам:

где  bz – суммарная ширина срезаемого одним зубом слоя, мм, Sz – подъём на зуб, мм, К – число канавок, V – скорость резания, м/мин, γ – передний угол зуба про­тяжки, º, α – задний угол зуба протяжки, º, С1, С2, С3, С4, С5, С6, С7, С8, С9,x,y – постоян­ные коэффициенты, зависящие от вида обрабатываемого ма­териала.

Диапазон параметров, выбранных для компьютерного моделирования,  опреде­лен в таблице 1. В результате компьютерного моделирования напряженно-деформированногосостоя­ния протяжки методом планирования экспериментов и конечных элементов полу­чены  следую­щие зависимости:

– для  усредненных напряжений σ, Н/м2 (по вон Ми­зесу):

где  - постоянные величины, Sz – подъем на зуб, мм;  β – угол заострения,º; V – скорость резания, м/мин;

– для коэффициентов запаса прочности Кτ по касательным напряжениям 

Sz – подъем на зуб, мм;  β – угол заострения,º; V – скорость резания, м/мин;

Из рисунков 4 и 5 видно, что работа инструмента в условиях, когда текущее значение интенсивности усилий не превышает допускаемого напряжения, соответствует точке 2 графика, т.е. параметрам второго опыта в матрице планирования. Полученные в результате моделирования значения экспериментального критерия Фишера в соответствии с таблицей допустимых значений этого критерия подтверждают адекватность разработанных моделей. Из рисунка 6 видно, что смещение зубьев протяжки не превышает поля допуска ΔT = 0.084 мм (2× 0.00236001 мм = 0.00472002 мм  < 0.084 мм). Модели коэффициентов запаса прочности, показанные на рисунках 8, 10, позволяют оценить распределение напряжений в инструменте, и выдать рекомендации по изменению режимов  резания и геометрии инструмента в сторону увеличения запаса прочности инструмента.

Для оценки параметров на­пряженно-деформированногосостоя­ния зубчатого колеса методами планирования экспериментов и конечных элементов получены следую­щие зависимости для  усредненных напряжений σ, Н/м2:

        

Полученные модели позволяют подобрать параметры протяжки для изготовления зубчатого колеса с заданным модулем и числом зубьев, выполнить протягивание поверхностей зубчатого колеса на оптимальных режимах, повысить точность  и снизить шероховатость изготовления зубчатого колеса за счет предварительных расчетов параметров напряженно-деформированного состояния протяжки и детали и применения режущих инструментов с предварительно рассчитанными геометрическими параметрами и физико-механическими характеристиками инструментальных материалов.

Рисунок 1. Расчетная схема протяжки

Рисунок 2. Модель для ускоренного определения напряжения в инструменте

Рисунок 3. Сравнительные графики напряжений в инструменте

Рисунок 4. Модель для ускоренного определения интенсивности усилий в инструменте

Рисунок 5. Сравнительные графики интенсивностей усилий в инструменте

Рисунок 6. Модель для ускоренного определения смещения зубьев инструмента (под воздействием сил резания)

Рисунок 7. Сравнительные графики смещения зубьев инструмента

Рисунок 8. Модель для ускоренного определения коэффициента запаса прочности (по критерию Мизеса)

Рисунок 9. Сравнительные графики коэффициента запаса прочности по критерию Мизеса

Рисунок 10. Модель для ускоренного определения коэффициента запаса прочности (по касательным напряжениям)

Рисунок 11. Сравнительные графики коэффициента запаса прочности по касательным напряжениям

Рисунок 12.  Модель для ускоренного определения напряжения в детали под действием  сил резания
(в зависимости  от числа зубьев и скорости резания)

Рисунок 13.  Модель для ускоренного определения напряжения в детали под действием  сил резания
(в зависимости  от модуля зубьев и скорости резания)

Рисунок 14.  Модель для ускоренного определения напряжения в детали под действием  сил резания
(в зависимости  от модуля зубьев и скорости резания)

 

Литература:

1. Лашнев С.И., Юликов М.И. Расчет и конструирование металлорежущих инструментов с применением ЭВМ. – М.: Машиностроение, 1975. -391 с.

2. Робототехника и гибкие автоматизированные производства. Основы построения систем автоматизированного проектирования гибких производств: Учеб. пособие для втузов / Ю.М. Соломенцев, В.П. Диденко, В.Г. Митрофанов, А.Ф. Прохоров; Под ред. И.М. Макарова. – М.: Высшая школа, 1986. –Кн. 8.- 175 с.

3. Рябов Ю.В., Степанов А.А. Автоматизированное управление проектированием и производством режущего инструмента в масштабах предприятия. Мехатроника, Робототехника, Автоматизация. Сборник научных трудов (с международным участием). – М., 2006 г.  - Выпуск № 1.  - С. 148-151.

4. Т.А. Султанов, Е.Д. Гавриляка, Е.Н. Шендерова. Выбор технологии изготовления режущих инструментов на основе автоматизированного проектирования. – 1979 г. – СТИН,№ 10. – C. 8-10.

Комментарии: 4

Артамонова Елена Николаевна

Полученные результаты расчета напряженно-деформированного состояния режущего инструмента данного обстоятельного научного исследования имеют важное практическое применение и вызывают интерес, например, какие использовались программные пакеты на основе метода конечных элементов? Из какого литературного источника выбраны формулы (1) для приведенной в работе расчетной схемы? Количество одновременно работающих режущих зубьев? В общем, можно пожелать дальнейшего успешного продолжения работы, провести, к примеру, экспериментальное исследование напряженно-деформированного состояния инструмента в реальных условиях резания при разных схемах его нагружения и т.п.

Степанов Андрей Александрович

Добрый день! Для расчета использованы программные пакеты Cosmos Works и Deform 3D. Формулы (1) выбраны из источника Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов, Москва, Машиностроение, 1975 г. - 344 с. Количество одновременно работающих зубьев Z=3-5. Экспериментальные исследования в реальных условиях резания проведены для материалов 12Х18Н9Т и ВТ8. Большое спасибо за пожелания. С уважением, Андрей Степанов

Усенко Богдан Олегович

Научная работа актуальна, исследования проведены на высоком научном уровне, результаты теоретических и экспериментальных исследований могут применяться на практике, внедрятся на производстве. Модель предложенная в работе позволяет оценить распределение напряжений в инструменте и изменить режимы резания и геометрии инструмента, что в конечном варианте приводит к увеличению запаса прочности, что в свою очередь является очень важным свойством режущего инструмента.

Степанов Андрей Александрович

Большое спасибо за отзыв о работе. С уважением, Андрей Степанов
Комментарии: 4

Артамонова Елена Николаевна

Полученные результаты расчета напряженно-деформированного состояния режущего инструмента данного обстоятельного научного исследования имеют важное практическое применение и вызывают интерес, например, какие использовались программные пакеты на основе метода конечных элементов? Из какого литературного источника выбраны формулы (1) для приведенной в работе расчетной схемы? Количество одновременно работающих режущих зубьев? В общем, можно пожелать дальнейшего успешного продолжения работы, провести, к примеру, экспериментальное исследование напряженно-деформированного состояния инструмента в реальных условиях резания при разных схемах его нагружения и т.п.

Степанов Андрей Александрович

Добрый день! Для расчета использованы программные пакеты Cosmos Works и Deform 3D. Формулы (1) выбраны из источника Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов, Москва, Машиностроение, 1975 г. - 344 с. Количество одновременно работающих зубьев Z=3-5. Экспериментальные исследования в реальных условиях резания проведены для материалов 12Х18Н9Т и ВТ8. Большое спасибо за пожелания. С уважением, Андрей Степанов

Усенко Богдан Олегович

Научная работа актуальна, исследования проведены на высоком научном уровне, результаты теоретических и экспериментальных исследований могут применяться на практике, внедрятся на производстве. Модель предложенная в работе позволяет оценить распределение напряжений в инструменте и изменить режимы резания и геометрии инструмента, что в конечном варианте приводит к увеличению запаса прочности, что в свою очередь является очень важным свойством режущего инструмента.

Степанов Андрей Александрович

Большое спасибо за отзыв о работе. С уважением, Андрей Степанов
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.