Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ различных методов и способов управления процессом дробления стружки в условиях автоматизированного производства 11
1.1. Методы дробления, воздействующие непосредственно на стружку 13
1.2. Методы дробления стружки, воздействующие на инструмент 20
1.2.1. Способы дробления стружки, использующие низкочастотные вибрации (дискретное резание) 21
1.2.2. Способы дробления стружки, использующие высокочастотные вибрации (осциллирующее резание) 23
1.3. Методы дробления стружки, воздействующие на заготовку перед лезвийной обработкой 29
1.4. Физические аспекты процесса стружкообразования при лезвийной обработке 32
1.5. Выводы 46
1.8. Постановка исследовательских задач 47
2. Разработка метода и устройства для осуществления процесса тонкого точения материала аустенитного класса при предварительном локальном криогенном воздействии 49
2.1. Сущность метода предварительного локального воздействия на обрабатываемую поверхность заготовки 50
2.2. Анализ существующих методов локального воздействия на материал заготовки 52
2.3. Изменения микроструктуры металлов, вызванные криогенной обработкой 59
2.4. Выбор сталей с мартенситным переходом, обеспечивающих сегментацию стружки при предварительном криогенном воздействии 60
2.5. Кинематика процесса точения при предварительном локальном криогенном воздействии на материал заготовки 72
2.6. Устройство, реализующее локальное криогенное воздействие на обрабатываемый материал аустенитного класса 80
2.7. Физические основы математического моделирования стружкообразования в процессе лезвийного резания 83
2.8. Моделирование процесса стружкообразования при лезвийном резании 86
2.9. Результаты и выводы по главе 94
3. Динамические исследования процесса тонкого точения при локальном криогенном воздействии 95
3.1. Выбор расчетной модели технологической системы 95
3.2. Математическая модель технологической системы 99
3.3. Исследование поведения технологической системы на основе нелинейных дифференциальных уравнений, в процессе лезвийной обработки при локальном криогенном воздействии на материал заготовки 112
3.4. Моделирование пластической деформации в зоне резания с учетом локального криогенного воздействии 124
3.5. Моделирование контактного взаимодействия стружки с передней поверхностью резца при локальном криогенном воздействии 128
3.6. Результаты и выводы по главе 139
4. Автоматизация и управление процессом тонкой лезвийной обработки на автоматизированном оборудовании на основе метода предварительного локального воздействия 140
4.1. Теоретические и экспериментальные исследования автоматизации и управления процессом тонкой лезвийной обработки на автоматизированном оборудовании на основе метода предварительного локального криогенного воздействия 142
4.2. Устойчивость сегментирования срезаемого слоя металла в процессе лезвийной механической обработки при предварительном локальном криогенном воздействии на заготовку 155
4.3. Теоретические и экспериментальные исследования зависимости параметров локального криогенного воздействия от режимов резания при последующей обработке 163
4.4. Автоматизация выбора способа и процесса осуществления локального криогенного воздействия 176
4.5. Экспериментальные исследования физических показателей процесса лезвийной механической обработки при предварительном локальном криогенном воздействии на заготовку 182
4.6. Результаты и выводы по главе 185
Заключение 187
Библиографический список 190
Приложения 199
- Методы дробления, воздействующие непосредственно на стружку
- Сущность метода предварительного локального воздействия на обрабатываемую поверхность заготовки
- Исследование поведения технологической системы на основе нелинейных дифференциальных уравнений, в процессе лезвийной обработки при локальном криогенном воздействии на материал заготовки
- Теоретические и экспериментальные исследования автоматизации и управления процессом тонкой лезвийной обработки на автоматизированном оборудовании на основе метода предварительного локального криогенного воздействия
Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время в машиностроении можно выделить широкий класс изделий, автоматизация и управление механической обработкой которых требует особого подхода при решении задач по повышению эффективности процесса резания. К данному классу относятся, прежде всего, изделия из коррозионно-стойких и жаропрочных сталей и сплавов, обрабатываемые на высокопроизводительном автоматизированном оборудовании. С технологической точки зрения желательно в процессе резания иметь сливную стружку, поскольку она является показателем устойчивости технологической системы, обеспечивает высокое качество обработанной поверхности и гарантированную стойкость инструмента, что особенно важно при автоматизации этого процесса. В реальных условиях обработки заготовок образование сливной стружки соответствует очень узкому диапазону состояния технологической системы в процессе резания, который не всегда совпадает с рекомендуемыми режимами резания и стойкостью инструмента для обеспечения необходимой производительности. Следует также отметить, что сливная стружка существенно затрудняет эксплуатацию технологического оборудования, работающего в автоматизированном цикле, является причиной преждевременного износа и аварий станков и приспособлений, может вызывать травмы обслуживающего персонала, затрудняет процесс комплексной механизации и автоматизации уборки стружки и ее последующей переработки. Таким образом, формирование отрезков стружки заданной длины является одной из важнейших в области лезвийной обработки. Особую актуальность задача управления процессом стружкодробления приобретает при обработке изделий на автоматических станках, станках с ЧПУ и при использовании манипуляторов.
При чистовой лезвийной обработке сталей аустенитного класса одним из наиболее эффективных методов, позволяющих надежно
управлять процессом дробления сливной стружки, является создание предварительного локального криогенного воздействия (ЛКВ) на внешней поверхности срезаемого слоя, производимое по определенным законам. Особенность процесса точения заготовок, подвергнутых такому воздействию, заключается в периодическом изменении условий резания по сравнению с исходным материалом. Данный метод дает возможность обеспечить автоматизацию и управление процессом стружкодробления, совершенствуя технологию тонкой лезвийной обработки в широком диапазоне режимов резания.
Целью диссертационной работы является повышение эффективности тонкой лезвийной обработки на станках автоматах и станках с ЧПУ путем автоматизации и управления процессом стружкодробления на основе предварительного локального криогенного воздействия на обрабатываемый материал аустенитного класса.
Для достижения этой цели требуется решить следующие задачи:
исследовать кинематические характеристики процесса точения при локальном криогенном воздействии на обрабатываемый материал;
разработать способ и устройства для осуществления локального криогенного воздействия на обрабатываемый материал;
- разработать динамическую модель технологической системы, с учетом
реологических особенностей стружкообразования и с использованием
явления пластической деформации в металлах при локальном криогенном
воздействии, для оценки стабильности и надежности сегментирования и
дробления стружки в области неустойчивого процесса резания;
создать программный комплекс для управления процессом стружкодробления на основе метода локального криогенного воздействия на обрабатываемый материал, позволяющий в интерактивном режиме автоматизировать выбор параметров этого воздействия.
Методы исследования. Экспериментальные исследования проводились на специальных стендах с применением оригинальных
5 методик, современной аппаратуры, измерительных преобразователей и систем. Моделирование и исследование процессов стружкообразования и стружкодробления осуществлялось с использованием современных вычислительных средств в экспериментально-лабораторном комплексе кафедры "Технология автоматизированного машиностроения" СЗТУ и на ООО «ПО «Киришинефтеоргсинтез».
Научная новизна работы заключается в следующем:
предложена методика определения режимных параметров осуществления локального криогенного воздействия для широкого диапазона обрабатываемых материалов аустенитного класса;
создана модель для определения области сегментирования стружки в зависимости от неточности формы и шероховатости поверхности, вызванных предыдущим методом получения заготовки;
разработаны рекомендации по автоматизации технологического процесса механической обработки с целью обеспечения устойчивого отделения отрезков стружки в широком диапазоне обрабатываемых материалов и режимов резания для станков с ЧПУ.
Практическая значимость работы заключается в следующем:
разработан метод для обеспечения сегментирования и дробления стружки в процессе точения при локальном криогенном воздействии на обрабатываемый материал;
созданы эффективные устройства для нанесения локального криогенного воздействия на обрабатываемый материал;
- разработаны и предложены технологические рекомендации по
локальному криогенному воздействию на обрабатываемый материал в
широком диапазоне режимов резания;
- определены параметры нанесения на исходную поверхность заготовки
локального криогенного воздействия в зависимости от режимов
последующей обработки для обеспечения устойчивого стружкодробления
на станках с автоматическим циклом работы;
создан программный комплекс для управления процессом стружкодробления на основе метода локального криогенного воздействия на обрабатываемый материал и алгоритмы для автоматизации выбора параметров этого воздействия.
Научные положения и результаты, выносимые на защиту:
- метод сегментирования и дробления стружки в процессе точения при
локальном криогенном воздействии на обрабатываемый материал;
- кинематические характеристики процесса точения при локальном
криогенном воздействии на обрабатываемый материал, позволяющие
получать заданные в соответствии с технологическими параметрами
отрезки стружки;
- динамическая модель технологической системы, с учетом реологических
особенностей стружкообразования при локальном криогенном
воздействии, для оценки стабильности и надежности сегментирования и
дробления стружки в области неустойчивого процесса резания;
- методика определения режимных параметров нанесения локального
криогенного воздействия для широкого диапазона обрабатываемых
материалов аустенитного класса;
- модель для определения области сегментирования стружки в зависимости
от неточности формы и шероховатости поверхности, вызванных
предыдущим методом получения заготовки;
рекомендации по автоматизации технологического процесса механической обработки с целью обеспечения устойчивого отделения отрезков стружки в широком диапазоне обрабатываемых материалов и режимов резания для станков с ЧПУ.
Достоверность полученных результатов. Достоверность полученных в работе положений, выводов и рекомендаций обеспечивается физической и математической корректностью постановки задач и методов их решения; использованием при исследовании современных методов теорий резания, динамики сложных систем, вычислительной техники;
7 высокой сходимостью расчетных и экспериментальных данных; положительным опытом внедрения разработанных методик и рекомендаций в промышленных условиях. Реализация работы:
предложенный программный комплекс для управления процессом стружкодробления на основе метода локального криогенного воздействия на обрабатываемый материал и алгоритмы для автоматизации выбора параметров этого воздействия интегрированы в программное управление токарных обрабатывающих центров CS-200 на ООО «ПО «Киришинефтеоргсинтез»;
разработанный метод для обеспечения сегментирования и дробления стружки в процессе чистового точения применен для производства запасных частей к газовым горелкам технологических печей на ООО «ПО «Киришинефтеоргсинтез». Это позволило осуществить управление стружкообразованием в процессе чистовой лезвийной обработки, а также снизить машинное время для этой операции на 20 % и увеличить время стойкости резца на 27.. .30 %.
Апробация работы. Основные положения работы и результаты исследований докладывались и обсуждались на Всероссийских конференциях и на научно-технических семинарах: Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Актуальные проблемы управления техническими, информационными, социально-экономическими и транспортными системами» (Санкт-Петербург, 15-17 мая 2007 г.); II Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Актуальные проблемы управления техническими, информационными, социально-экономическими и транспортными системами» (Санкт-Петербург, 13-15 ноября 2007 г.); семинарах Северо-Западного государственного заочного технического университета (2006-
8 2008 гг.); Санкт-Петербургского института машиностроения (2006-2007 гг.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 научных работ, в том числе одна работа в издании из Перечня, рекомендованного ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 212 страницах машинописного текста (из них 94 рисунка). Состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 102 наименования, и приложения.
Методы дробления, воздействующие непосредственно на стружку
Методы дробления, воздействующие непосредственно на стружку включают в себя два основных направления: воздействующие на стружку за пределами станка, а также воздействующие непосредственно в зоне резания.
За пределами станка стружку, для дальнейшей транспортировки, чаще всего просто прессуют. Для этого необходимо вывести ее из зоны резания. На данный момент, самым распространенным и простым способом является отвод стружки ручным инструментом, когда рядом со станком стоит токарь, который крючком удаляет стружку из зоны резания. Такой метод, как правило, используется в единичном производстве при проведении ремонтных работ, и совершенно непригоден для автоматизированного производства. Немаловажную роль в выведении стружки за пределы станка играет компоновка узлов станка, обеспечивающая безопасный сход стружки. Главной конструктивной особенностью таких станков является вертикальное расположение станины, это позволяет стружке просто выпадать из зоны резания в стружкоприемник, к таким станкам относятся карусельные станки моделей 1723ФЗ, 1А734ФЗ, 1А75Ш.
В автоматизированном производстве для целей вывода стружки из зоны резания используются стружкоотводчики. Они устанавливаются рядом с режущим инструментом, либо совмещаются с корпусом державки режущего инструмента. На рис. 1.2 показан стружкоотводчик, предназначенный для использования в единичном и серийном производстве при обработке стандартными резцами. Приемник стружкоотводчика располагается как можно ближе к зоне резания, чтобы как можно полнее охватывать двигающуюся стружку.
Приемник соединен с трубопроводом посредством телескопического соединения и имеет возможность перемещаться в поперечном направлении при загрузке и разгрузке станка, для смены инструмента или повороте резцедержателя приемник отводится на расстояние, достаточное для разворота [58]. При применении подобных устройств вблизи станков необходима установка специальных бункеров для сбора стружки, поэтому применение их на станках с автоматическим и полуавтоматическим циклами работы является неприемлемым, несмотря на простоту изготовления и невысокую стоимость данного устройства.
К такой же направленности действия относится метод отвода стружки при помощи полых оправок и резцов. Он пригоден только для отвода пыли и мелкой дробленой стружки и не заслуживает более детального рассмотрения, так как основная часть обрабатываемых материалов в промышленности при резании лезвийным инструментом в виде отходов дает сливную стружку.
Методы воздействия, обеспечивающие дробление стружки прямо на станке, представлены более широко. Их можно поделить на методы, применяющие и не применяющие дополнительную энергию. В свою очередь методы, применяющие дополнительную энергию, можно разделить по виду применяемой энергии на методы механического дробления и теплового дробления. К методам теплового дробления относятся метод расплавления и электроискровой метод, включающие в себя воздействие на сходящую в процессе резания стружку точечным тепловым импульсом.
К механическим методам дробления с приводом энергии относятся различного рода мельницы, отрывные валки, барабаны, динамические стружколомы. На рис. 1.3 показана конструкция подвижного стружколома, предложенная Борвиковым Е.Ф. и Сергачевым Н.А., которая позволяет дробить стружку независимо от марки материала и формы заготовки [9].
Борвиковым Е.Ф., Сергачевым Н.А. Недостатком данной конструкции, не позволяющим ее применять в условиях автоматизированного производства, является использование дополнительного привода для программоносителя. Также при использовании возвратно-поступательного движения стружколома повышается вероятность появления вибраций, что отрицательно сказывается на качестве поверхности и стойкости инструмента.
Следует выделить устройства, предназначенные для дробления стружки механическим способом, но без привлечения дополнительных приводов энергии. Один из таких способов основан на механическом воздействии на сходящую стружку с помощью стальных рифленых роликов (рис. 1.4) [3]. Надо отметить, что ролики приводит в движение сама стружка, такое возможно только при обработке крепких материалов с большой подачей. Это объясняет невозможность применения этого метода для чистовой токарной обработки относительно мягких материалов аустенитного класса. Другой метод использует движение самой заготовки (рис. 1.5). Он основан на
опережающей пластической деформации обрабатываемой поверхности, получаемой за счет нанесения прямозубой, винтовой или косозубой накаткой рисок, которые ослабляют сечение стружки и являются концентраторами напряжений [98]. При использовании данного способа приходится производить предварительный нагрев срезаемого слоя с помощью газовой горелки или трением, чтобы уменьшить нагрузку на накатной ролик [96].
Сущность метода предварительного локального воздействия на обрабатываемую поверхность заготовки
В процессе токарной обработки коррозионно-стойких и жаропрочных материалов аустенитного класса образуется сливная стружка. С одной стороны, сливная стружка является показателем устойчивости технологической системы, обеспечивает стабильное качество обрабатываемой поверхности и гарантированную стойкость инструмента, а также требует меньших затрат энергии [53, 77]. В то же самое время, сливная стружка отрицательно сказывается на эксплуатации технологического оборудования и становится причиной преждевременного износа и выхода из строя станков и приспособлений, а также затрудняет процесс комплексной механизации уборки стружки и ее последующей переработки. Нередко она является причиной травматизма обслуживающего персонала. Особенно остро это проявляется при обработке изделий из труднообрабатываемых материалов на станках с ЧПУ, автоматических линиях с применением роботов.
В первой главе уже отмечалось, что в настоящее время задача дробления стружки в автоматизированных производствах разрешается преимущественно некинематическими (лунки, уступы, экраны и т.д.) и кинематическими (резание с вибрациями) методами. Сделанный анализ выявил невозможность применения этих методов для дробления стружки при чистовой обработке коррозионно-стойких и жаропрочных сталей и сплавов аустенитного класса, так как они либо не обеспечивают дробление стружки, либо существенно снижают качество окончательной поверхности детали. Наиболее перспективным для этих условий лезвийной обработки является метод предварительного локального криогенного воздействия (ЛКВ) на обрабатываемую поверхность заготовки.
Предварительное создание на поверхности заготовки локальной зоны с отличающимися от всей поверхности свойствами позволяет изменять условия деформации металла при последующей лезвийной обработке [32, 33, 61]. Воздействие на поверхность материала в локальной зоне может быть любого характера, главное, что оно приводит к изменению в ней структуры и механических свойств обрабатываемого металла. Особенность такого процесса заключается в периодическом изменении условий резания при вхождении резца в локальную зону и при выходе из неё.
В процессе обработки зона локального воздействия, находясь в метастабильном состоянии по сравнению с основным металлом, приводит к мгновенному изменению напряженно-деформированного состояния в зоне стружкообразования [20]. Находящаяся в области предполагаемого припуска срезаемого слоя материала заготовки локальная метастабильность оказывает влияние на реологические параметры процесса стружкообразования и создается по специально заданной траектории точкой С (рис. 2.1, а), которая на этапе подготовки формируется вращением заготовки и подачей Sm устройства для создания локального воздействия [32, 33, 61].
Рассмотрим физическое воздействие на поверхность материала в локальной зоне. Оно приводит к изменению плотности дефектов кристаллической решетки, при этом образуются высокоэнергетические конфигурации [31, 32, 33], что приводит к возникновению повышенной метастабильности структуры в этой локальной области. Далее, при лезвийной токарной обработке с частотой вращения заготовки пр и подачей SP, резец пересекается в точке С с зоной локального физического воздействия (рис. 2.1, б).
Выше было отмечено, что сущность метода предварительного локального воздействия состоит в том, что на этапе, предшествующем точению, поверхностный слой заготовки получает некое воздействие с целью изменения физико-механических свойств обрабатываемого материала. Природа этих воздействий может быть разной, поэтому их стоит рассмотреть более внимательно.
Первый из рассматриваемых способов воздействия на структуру материала это температурное воздействие. Он аналогичен способам, применяемым для поверхностной закалки стали [32, 33, 69]. Сущность локального термического воздействия (ЛТВ) состоит в нагреве поверхностного участка заготовки выше температуры фазового перехода Ас3 с последующим охлаждением для получения повышенной твердости в локальной зоне (см. рис. 2.3).
После температурного воздействия структура закаленной зоны состоит из мартенсита. А структура переходной зоны из мартенсита и феррита, потому что ее охлаждение происходит из промежуточного температурного интервала Ас3 -Acj. Глубокие слои металла не нагреваются до критической температуры, поэтому изменение структуры в них не происходит. На рис.2.3 линиями 3 обозначены температуры критических точек Ас і и Ас3. Слой а, нагретый выше критической точки Ас3, получит полную закалку, слой в, нагретый до температуры в пределах между точками Acj и Ас3, получит неполную закалку.
Таким образом, структура локальной зоны будет состоять из закаленного слоя с определенной степенью нагрева и переходного слоя с неполной закалкой. При прекращении температурного воздействия остывание заготовки пойдет из зоны локального воздействия, за счет теплопроводности, вглубь основного материала заготовки в соответствии с линией 2. Так как слой материала, подвергнутый термическому воздействию, очень мал в сравнении с массой заготовки, охлаждение нагретой области происходит самой заготовкой. Она остается холодной и после прекращения действия источника нагрева и является охладителем для поверхностных локальных разогретых слоев. Глубина зоны термического воздействия может регулироваться с разной степенью точности и зависит от способа нагрева, так как нагрев может быть произведен пламенем газовых горелок и контактным электротермическим методом.
При газовом методе нагрев в локальной зоне производится пламенем кислородно-ацетиленовой горелки, оно имеет температуру порядка 3000С, и очень быстро нагревает поверхность до температур, превышающих Ас3. Этот способ нагрева требует большой точности работы, так как глубина нагрева сильно зависит от расстояния пламени от заготовки, его интенсивности, особенно от времени соприкосновения. Работа горелки должна быть отлажена настолько, чтобы возможные случайные колебания режима наименьшим образом отражались на результатах воздействия.
Исследование поведения технологической системы на основе нелинейных дифференциальных уравнений, в процессе лезвийной обработки при локальном криогенном воздействии на материал заготовки
С помощью более точного рассмотрения подсистем с распределенными параметрами и процесса резания на основе динамического взаимодействия этих подсистем выполнено построение динамической модели технологической системы. 2. Для анализа влияния процесса сегментации стружки на поведение технологической системы лезвийной обработки разработана упрощенная модель технологической системы, которая включает две подсистемы «заготовка» и «инструмент» и достаточно отражает инерционные и упруго диссипативные свойства глобальной модели. 3. Разработана математическая модель технологической системы лезвийной обработки, необходимая для анализа поведения технологической системы в процессе дробления стружки, позволяющая описывать динамические процессы с учетом реологических особенностей процесса стружкообразования в зоне активного пластического деформирования во время поочередного прохождения резцом исходного материала и материала, подверженного локальному криогенному воздействию. 4. Оценить влияние автоколебательного процесса на устойчивость дробления стружки позволило имитационное моделирование динамических процессов технологической системы лезвийной обработки при локальном криогенном воздействии. Теоретические и экспериментальные исследования с использованием предложенных моделей подтвердили стабильное и надежное отделение отрезков стружки в области неустойчивого процесса резания. Процесс лезвийного резания в значительной степени определяется процессом стружкообразования, происходящим при снятии слоя металла с поверхности заготовки. От процесса стружкообразования зависит множество факторов, принимающих участие в токарной обработке. К ним относятся: величина сил резания, количество выделяющегося тепла в процессе токарной обработки заготовок, расход энергии, точность обработанной детали, качество ее поверхностного слоя, условия работы оборудования, его работоспособность, износ инструмента и многое другое [1, 76, 88]. В связи с этим выявление закономерностей процесса стружкообразования имеет огромное значение для принятия обоснованных решений при возникновении практических вопросов управления лезвийной обработкой металлов. Особенно важно это при токарной обработке материалов аустенитного класса, так как они находят все большее применение в современной промышленности. Как было отмечено выше, высокое качество обработанной поверхности и экономичность протекания процесса точения обеспечивается получением сливной стружки, так как она является показателем установившегося процесса резания [40, 81]. В условиях реального производства одной из главных задач является обеспечение необходимой (как правило, максимальной) производительности обработки заготовок. В таких условиях рекомендуемые режимы резания и стойкость инструмента редко совпадают с узким диапазоном состояния технологической системы в процессе резания, при котором образуется сливная стружка [26, 40, 41, 81 и др.]. С другой стороны, сливная стружка способствует преждевременному износу и выходам из строя станков и приспособлений, существенно затрудняет эксплуатацию технологического оборудования, работающего в автоматизированном цикле, крайне затрудняет процесс комплексной механизации и автоматизации уборки стружки и ее дальнейшей переработки, а также часто является причиной травматизма обслуживающего персонала [2,89]. При тонком точении вязких коррозионно-стойких и жаропрочных материалов образовавшаяся сливная стружка, как правило, наматывается на окончательную поверхность детали и тем самым снижает ее качество. Таким образом, одним из важнейших вопросов в области лезвийной обработки на высокопроизводительном автоматизированном оборудовании является формирование отрезков стружки необходимой длины. Особую актуальность решение вопросов управления процессом стружкодробления приобретает при производстве изделий в условиях полностью автоматизированных комплексов с максимальным ограничением вмешательства человека. Теоретические и экспериментальные исследования показали, что предварительное локальное криогенное воздействие на внешнюю поверхность заготовки является одним из наиболее эффективных методов, позволяющим управлять процессом сегментации стружки при тонком лезвийном точении материалов аустенитного класса. При лезвийной обработке заготовок, необходимо иметь четкое представление о многочисленных факторах, которые влияют на стабильность процесса сегментации стружки [4, 28, 92], к таким факторам относятся: - автоколебательный процесс при лезвийной механической обработке; - устойчивость образования линии локальной зоны предварительного криогенного воздействия с определенным процентным содержанием мартенсита охлаждения; - соотношение параметров локального пластического воздействия и режимов резания при последующей лезвийной токарной обработке на станках с автоматическим циклом работы; - колебание химического состава в материалах разных плавок, которое может отрицательно сказаться на устойчивости процесса стружкодробления при окончательной лезвийной механической обработке.
Теоретические и экспериментальные исследования автоматизации и управления процессом тонкой лезвийной обработки на автоматизированном оборудовании на основе метода предварительного локального криогенного воздействия
Таким образом, учитывая локальное криогенное воздействие, из модели стружкообразования (рис. 4.17) видно, что при вхождении режущего клина в зону криогенного воздействия условная плоскость сдвига меняет свой наклон, это приводит к изменению угла Д и, соответственно, изменяет величину угла в. Такие же изменения происходят при выходе режущего клина из зоны ЛКВ, но только в обратную сторону. Из этого можно сделать вывод, что скорость и величина изменения угла в являются причиной сегментации сливной стружки при предварительном ЛКВ на обрабатываемый материал.
При лезвийной обработке материала аустенитного класса, подверженного предварительному локальному криогенному воздействию, возникают некоторые особенности процесса стружкообразования, которые присущи только при подобной предварительной обработке заготовки. Раскрытие физической сущности процесса стружкообразования с применением предварительного локального криогенного воздействия и закономерности явлений, которыми он сопровождается, даст возможность получать более качественные обработанные поверхности, а также рационально управлять процессом стружкодробления и сделать его более производительным.
В процессе лезвийного резания срезаемый слой подвергается сжатию под действием режущего инструмента, которое сопровождается упругими и пластическими деформациями. На рис.4.19 показана модель деформации металла при образовании стружки.
В этой модели в узкой полосе (шириной около 0,1 мм) вдоль плоскости скалывания происходит «вытягивание» зерен металла в направлении плоскости скольжения, в результате получается упрочнение поверхностного слоя металла - наклеп, который происходит в результате срезания зерен металла, находящихся в контакте с резцом, а также смятия верхушек не срезанных зерен [7,67].
При наблюдении процесса стружкообразования под микроскопом при малых скоростях резания порядка V = 0,002 м/мин было выявлено наличие пластических деформаций, распространяющихся далеко впереди резца. Эти исследования показали нестабильность процесса пластической деформации в зоне стружкообразования.
Начальная граница зоны стружкообразования меняет свое положение по линии OL в силу различной ориентации кристаллографических плоскостей отдельных зерен обрабатываемого металла. У конечной границы зоны стружкообразования по линии ОМ наблюдается периодическая концентрация сдвиговых деформаций, в результате этого процесс пластической деформации периодически теряет устойчивость, и наружная граница пластической зоны получает местные искажения, а наружная граница стружки формируется в виде зубчиков. Эти зубчики являются результатом окончания способности обрабатываемого материала к упрочнению при больших деформациях.
На основании металлографических исследований процесса стружкообразования сделали вывод, что можно говорить лишь о средне вероятностном положении границ зоны стружкообразования и о средне вероятностном распределении пластических деформаций внутри зоны стружкообразования.
С помощью металлографических исследований деформации зерен на зафиксированных корнях стружки было установлено, что пластические деформации срезаемого слоя заканчиваются на линии, примерно совпадающей с линией ОМ, а при перемещении стружки вдоль передней грани инструмента, она не подвергается пластическим деформациям, за исключением прилегающего к передней грани резца тонкого контактного слоя. Таким образом, за счет односторонних сдвигов в зоне стружкообразования создается практически вся пластическая деформация.
Исходя из выше сказанного, а также в соответствии с моделью деформирования срезаемого слоя (рис. 4.19), можно предложить модель формирования сдвиговых деформаций (рис. 4.20).
Эта схема предполагает контакт режущего клина инструмента с обрабатываемым материалом по передней и задней поверхностям, но полагается, что задняя поверхность не участвует в формировании стружки, а лишь воспринимает упругую отдачу слоев обрабатываемого материала, лежащих в верхних слоях образующейся после резания поверхности. В данном случае имеется в виду, что процесс превращения снимаемого слоя в стружку происходит только при участии передней поверхности лезвийного инструмента. На рис. 4.21 приведена схема деформации сдвига, основанная на том, что трансформация срезаемого слоя в стружку происходит путем последовательных сдвигов вдоль семейства линий скольжения, сходящихся у режущей кромки. Эта схема послужила основой для формирования расчетной схемы при обычном процессе лезвийного резания и при точении с предварительным локальным криогенным.
