Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Современное состояние вопроса, цель и задачи исследований
1.1. Анализ современных отечественных и зарубежных хладостойких сталей применяемых в машиностроении 9
1.2. Свойства и состав хладостойких сталей 15
1.3. Анализ обрабатываемости материалов с особыми физико-механическими свойствами 20
1.4. Факторы, влияющие на стойкость режущего инструмента 29
1.5. Современные методы оценки состояния режущего инструмента 31
1.6. Постановка задач исследования 36
ГЛАВА 2. Разработка плана и методики проведения экспериментальных исследований лезвийной обработки хладостойких сталей 3 8
2.1. Разработка методики контроля состояния режущей кромки инструмента в процессе сверления, нарезании резьбы метчиками, торцовом и концевом фрезеровании хладостойких сталей 39
2.2. Разработка методики исследования точности обработки и шероховатости при торцовом фрезеровании хладостойких сталей 46
2.3. Сравнительные стойкостные испытания режущего инструмента с износостойкими покрытиями TiN и (TiZr)N и без покрытий при торцовом фрезеровании хладостойких сталей52 2.3.1. Определение экономической эффективности применения пластин с износостойкими покрытиями TiN и (TiZr)N 57
ГЛАВА 3. Разработка многофакторных моделей стойкости, шероховатости и точности обработки при лезвийной обработке хладостойких сталей
3.1. Уравнения регрессии, описывающие процесс исследования стойкости режущего инструмента, шероховатость поверхностного слоя и точность обработки при резании хладостойких сталей 61
3.2. Проверка адекватности уравнений регрессии 62
3.3. Преобразование адекватных уравнений регрессии в многофакторные математические модели стойкости, шероховатости и точности обработки 67
3.4. Анализ погрешности расчета полученных математических моделей 77
ГЛАВА 4. Разработка программы автоматизированного расчета рациональных режимов резания при лезвийной обработке хладостойких сталей
4.1. Автоматизированное проектирование в технологической подготовке производства 81
4.2. Общая характеристика автоматизированной системы «REZMET» 84
4.3. Статистический анализ погрешности работы разработанной автоматизированной системы расчета «REZMET» 87
4.4. Определение экономической эффективности использования системы автоматизированного расчета «REZMET» 90
Выводы 93
Основные выводы 95
Список литературы 98
Приложения 114
- Свойства и состав хладостойких сталей
- Разработка методики исследования точности обработки и шероховатости при торцовом фрезеровании хладостойких сталей
- Проверка адекватности уравнений регрессии
- Общая характеристика автоматизированной системы «REZMET»
Введение к работе
Проведение различных инноваций, направленных на повышение рентабельности конкретного машиностроительного предприятия, необходимо начинать с первых его уровней - то есть с операций механической обработки, уделяя при этом особое внимание вопросу выбора наиболее рациональных технологических условий их осуществления, так как именно они предопределяют результативность анализируемых операций, а в конечном итоге - себестоимость изготовляемой продукции и производительность труда в сфере производства.
Рост научно-технического прогресса неразрывно связан с развитием ведущих отраслей машиностроения - авиационной, ракетной, космической, электронной и атомной техники, энергетического и химического машиностроения, где интенсивно используются труднообрабатываемые материалы со специальными физико-химическими свойствами, характеризующиеся высокими значениями твердости, прочности, красностойкости, стойкости против коррозии в различных агрессивных средах. Для обеспечения этих свойств материалы легируются различными элементами. К ним относятся жаропрочные, нержавеющие и хладостойкие стали и сплавы, которые характеризуются низкими показателями обрабатываемости резанием. Обработка этих материалов имеет свои характерные особенности, качественно отличающие ее от механообработки конструкционных материалов.
Исследованию вопросов обрабатываемости различных материалов со специальными физико-химическими свойствами посвящены работы Е.У. Зарубицкого, Ю.Г. Кабалдина, Л.В. Окорокова, В.Н. Подураева, Н.И. Резникова, А.Н. Резникова, Н.Н. Рыкалина, Т.Г. Насад, С.С. Силина, Н.В. Талантова, и др. Данные исследования рассматривают проблемы, возникающие при резании труднообрабатываемых материалов и направлены на повышение эффективности резаниятруднообрабатываемых материалов.
Согласно данным исследованиям, важными факторами, определяющими возможность высокоэффективной обработки резанием высокопрочных, жаропрочных и других труднообрабатываемых материалов являются: обеспечение возможно большей прочности режущей кромки; минимизация энергосиловых параметров; создание высокой жесткости и виброустрйчивости элементов технологической системы (ТС); -управление тепловыми потоками в зоне резания для обеспечения заданного качества поверхности.
Анализ исследования вопросов обрабатываемости материалов со специальными физико-химическими свойствами показывает, что в современном производстве не существует универсальных методов обработки для данных материалов. Каждый метод обработки имеет свою конкретную область рационального применения. Выбор метода обработки обусловлен, с одной стороны требованиями, предъявляемыми к форме, точности и качеству поверхности, и с другой - достигаемой экономической эффективностью обработки и производительностью процесса.
Актуальность работы. Повышение эффективности механической обработки является важнейшей задачей современного машиностроения, включающей в себя достижение наиболее высокой производительности обработки с обеспечением заданного уровня качества поверхностного слоя деталей. Решение этой задачи в настоящее время может быть достигнуто за счет выбора наиболее рациональных режимов или методов обработки деталей, обеспечивающих максимальную производительность или минимальную себестоимость.
Развитие новых отраслей науки и техники, а также освоение новых конструкций машин и механизмов, работающих в тяжелых климатических условиях, находятся в определенной зависимости от исследований в области обрабатываемости хладостойких, жаропрочных, нержавеющих и других материалов с особыми физико-механическими свойствами.
Появление конструкционных хладостойких сталей обусловлено, прежде всего, перспективами освоения Арктического шельфа. Добыча нефти на шельфе арктических морей (газоконденсатные и нефтяные запасы Штокмановского, Приразломного и др. месторождений Баренцева моря) характеризуется сложной ледовой обстановкой, низкотемпературными условиями эксплуатации (до -40-50С), глубоководным (до 360 м) расположением трубопроводов высокого давления и их протяженностью (до 546 км). Поэтому для сооружения морских буровых платформ, резервуаров и нефтегазопроводов, их необходимо изготавливать из хладостойких сталей.
В настоящее время на машиностроительных предприятиях г. Северодвинска ОАО «ЦС «Звездочка» и ОАО «ПО «СЕВМАШ» для производства конструкций и механизмов, работающих при высоких отрицательных температурах, используется хладостойкая сталь марки 10ГНБ.
Как и любой вновь появляющийся материал, хладостойкая сталь требует разработки рекомендаций по назначению экономически целесообразных условий обработки. Несмотря на множество проводимых исследований в области обработки различных конструкционных материалов в настоящее время в современном производстве не существует универсальных математических моделей, позволяющих устанавливать рациональные режимы резания на стадии проектирования технологического процесса при обработке материалов всех видов, а в технической литературе практически нет данных по обрабатываемости толстолистовой хладостойкой стали 10ГНБ для океанотехники и судостроения. В связи с этим, исследования обрабатываемости хладостойких сталей и на основании экспериментальных исследований разработка рекомендаций, позволяющей устанавливать рациональные режимы резания- на стадии проектирования технологического процесса, является актуальной задачей.
Цель работы. Разработка системы автоматизированного расчета рациональных режимов резания хладостойких сталей, обеспечивающих максимальную производительность с необходимой стойкостью режущего инструмента при сверлении, нарезании резьбы метчиками, концевом и торцовом фрезеровании.
Методы исследований. Задачи, поставленные в работе, решались экспериментальными и расчетно-аналитическими методами.
Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и производственных условиях с использованием промышленного оборудования и современных измерительных средств. Обработка результатов экспериментов осуществлялась методами математической статистики с применением ЭВМ.
Расчетно-аналитические исследования базируются на основных положениях теории резания металлов, методов математического и компьютерного моделирования, дифференциального и интегрального исчисления, с разработкой программного обеспечения на языке Delphi 7.
Научная новизна работы состоит в: установлении многофакторных математических зависимостей, оценивающих влияние режимов резания (скорости, подачи и глубины резания) на стойкость режущего инструмента при сверлении, нарезании резьбы метчиками, концевом и торцовом фрезеровании хладостойких сталей; установлении многофакторных математических зависимостей шероховатости поверхности и точности обработки от режимов резания, определяющих качество обработанной поверхности при торцовом фрезеровании хладостойких сталей; методике и программном обеспечении системы автоматизированного расчета рациональных режимов резания при сверлении, нарезании резьбы метчиками, концевом и торцовом фрезеровании хладостойких сталей.
Практическая ценность работы состоит в: возможности устанавливать рациональные режимы резания на стадии проектирования технологического процесса при лезвийной обработке хладостойких сталей для достижения максимальной производительности процесса резания, с использованием разработанной системы автоматизированного расчета «REZMET».
Апробация работы. Основные положения и результаты работы были представлены на V Международной научно-технической конференции «Автоматизация и энергосбережение машиностроительного и металлургического производств, технология и надежность машин, приборов и оборудования» (Вологда, 2009 г.), на Общероссийской научной конференции «Актуальные вопросы современной науки и образования» (Красноярск, 2010 г.), на Международной научно-практической конференции «Инженерные системы -2010» (Москва, 2010 г.), на заседаниях кафедры «Технология металлов и машиностроения» СПбГМТУ «СЕВМАШВТУЗ», на заседаниях кафедры «Технологии машиностроения, металлорежущие станки и инструменты» РУДН и заседаниях научно-технического совета машиностроительного предприятия ОАО «ЦС «Звездочка».
Свойства и состав хладостойких сталей
Низколегированные хладостойкие стали широко используют в строительных конструкциях, для изготовления труб магистральных газопроводов, металлоконструкций машин и механизмов, в судостроении и других отраслях. Стали должны иметь низкий порог хладноломкости, обладать хорошей свариваемостью, обрабатываемостью давлением и резанием, а в случае литого исполнения - хорошими литейными свойствами.
С понижением температуры прочностные характеристики стали растут, а вязкость и пластичность уменьшаются. Поэтому при выборе стали для работы в этих условиях определяющими показателями являются: прочность при максимальной температуре эксплуатации - обычно комнатной; вязкость и пластичность - при минимальной температуре. Механические свойства и работоспособность сталей, применяемых для хладостойких конструкций, а также в холодильном и криогенном машиностроении, зависят от многих факторов. К ним, прежде всего, относятся тип кристаллической решетки, размер зерна и состояние его границ, содержание легирующих элементов и примесей, форма и размеры неметаллических включений. Повышенное содержание водорода увеличивает хрупкость стали. Сварка способствует росту зерна и дополнительному наводороживанию, что увеличивает хладноломкость сварных соединений. Кроме того, нагрев при сварке может способствовать фазовым превращениям и выделениям примесей по границам зерен, что также повышает хрупкость стали. В свариваемых хладостойких сталях содержание углерода должно быть ниже 0,2 % РІ В структуре должно быть мало перлита (малоперлитные стали). Принято считать, что увеличение в стали содержания углерода на каждые 0,1 % повышает порог хладноломкости на 20 С.По хладостойкости металлические материалы, используемые при низких температурах, условно могут быть разбиты на четыре основные группы [120,121]:1. Металлы и сплавы, характеристики механических свойств которых позволяют использовать их при температурах до -60 С (213 К), т. е. до низких климатических температур, для изготовления изделий так называемого северного исполнения. К этой группе относятся качественные углеродистые и низколегированные стали ферритного и ферритно-перлитного классов с ОЦК решеткой.2. Ко второй группе относятся сплавы, сохраняющие вязкость и пластичность при охлаждении до 170 К. Это стали с 0,2-0,3 % С, дополнительно легированные Ni, Сг, Ті, Mo. К этой группе относятся, например, низкоуглеродистые ферритные стали с 2-5 % Ni, используемые при температурах 210-150 К.3. К третьей группе относятся сплавы, способные без ухудшения свойств выдерживать температуры до 77 К (температура кипения жидкого азота). Сюда относятся стали типа 12Х18Н10Т, ОН9А, большинство сплавов на основе А1, Ті, Си, не обнаруживающих склонности к хрупкому разрушению. Для ненагруженных конструкций с целью экономии Ni применяют Сг - Мп и Сг -Ni - Мп стали типа 10Х14Г14Н4Т, ОЗХ13АП9, 07Х21Г7АН5.4. К четвертой группе относятся сплавы, работающие при температуре ниже 77 К. К этой группе принадлежат материалы, используемые в космической технике, производстве и потреблении водорода, экспериментальной физике. Для работы при таких температурах пригодны лишь высоколегированные коррозионностойкие стали типа ОЗХ20Н16АГ6, 10Х11Н23ТЗМР (ЭПЗЗ), некоторые бронзы, никелевые, алюминиевые сплавы, легированные магнием, и сплавы титана.
Влияние легирующих элементов на твердость и ударную вязкость феррита приведено на рис. 1.1 [121]. При содержании более 1 % Мп вязкость феррита начинает снижаться, но до 1,5 % Мп она не уменьшается ниже значений, наблюдаемых при его полном отсутствии. Влияние марганца на хладостоикость зависит от содержания углерода в стали. В малоперлитных сталях рекомендуется содержание марганца не более 1,8 % [121]. Легирование некарбидообразующими элементами (никелем, кремнием) ведет к упрочнению феррита. Влияние их на склонность к хрупкому разрушению заключается в изменении свойств свободных дислокаций. Так, никель ослабляет взаимодействие дислокаций с атомами внедрения и сопротивление кристаллической решетки движению свободных дислокаций, приводя к повышению пластичности и трещиностойкости стали. Введение 1% Ni снижает порог хладноломкости примерно на 20 К. Действие кремния противоположно влиянию никеля. Кремний вызывает значительное искажение кристаллической решетки a-Fe, что, с одной стороны, сильно повышает твердость и, следовательно, прочность феррита, а с другой - увеличивает ее сопротивление движению дислокаций, препятствует релаксации высоких упругих микронапряжений, повышая тем самым склонность к хрупкому разрушению. Поэтому увеличение содержания кремния до 0,6 % приводит к резкому снижению ударной вязкости ферритно-перлитных сталей. Кремний упрочняет феррит в большей степени, чем марганец. Марганец и кремний сравнительно слабо влияют на пластичность нормализованного феррита.
Хром по сравнению с кремнием и марганцем является слабым упрочнителем феррита. При небольшом содержании хрома ( 1 %) несколько повышается ударная вязкость нормализованного феррита. Дальнейшее увеличение количества его в стали сопровождается снижением вязкости.
Легирование такими карбидообразующими элементами, как Ті, V, Nb, Mo, Cr, в сравнительно небольших количествах, необходимых только для связывания углерода в карбиды, уменьшает блокировку дислокаций в стали и ее склонность к хрупкому разрушению. Введение молибдена до 0,5 % существенно снижает порог хладноломкости. Молибден оказывает сдерживающее влияние на диффузионную подвижность фосфора и уменьшает отпускную хрупкость. Действие никеля на хладноломкость особенно эффективно в сочетании с молибденом. Дальнейшее увеличение концентрации указанных элементов в феррите усиливает взаимодействие атомов внедрения с дислокациями, повышая степень их блокировки, что приводит к повышению прочности, но одновременно тормозит релаксацию напряжений и снижает сопротивляемость стали хрупкому разрушению.
Другим механизмом релаксации локальных напряжений является перераспределение свободных дислокаций путем поперечного скольжения,-возможность которого зависит от характера легирования. Например, легирование никелем и марганцем способствует развитию поперечного скольжения-при низких температурах, а кремний затрудняет этот процесс. Следует отметить, что никель и молибден, как и марганец, повышают устойчивость переохлажденного аустенита, что в свою очередь повышает дисперсность продуктов его распада и увеличивает хладостойкость стали.
Разработка методики исследования точности обработки и шероховатости при торцовом фрезеровании хладостойких сталей
При проведении эксперимента использовался вертикально-фрезерный станок модели 6Т12. В качестве режущего инструмента использовалась однозубая торцовая фреза 22014 - 0273 ГОСТ 22085-76 диаметром 125 мм. Фреза оснащалась режущей пластиной 10123-110408 Т5К10 ГОСТ 19064-73.
В качестве обрабатываемого материала была использована толстолистовая хладостойкая сталь 10ГНБ. Резание осуществлялось без использования смазочно-охлаждающих технологических сред.
Для проведения эксперимента использовался двухуровневый метод планирования эксперимента по формуле ПФЭ 2 [24,114].
Основные переменные факторы (параметры процесса резания) варьировались в пределах:- скорость резания V = 98 - 247 м/мин;- глубина резания t = 1 — 3 мм;- подача на зуб Sz= 0,16 — 0,24 мм/зуб.
Исследование точности обработки. Точность является одним из важнейших показателей качества изделий. Под точностью обработки в машиностроении понимают степень соответствия геометрических параметров обработанной детали и параметров, заданных чертежом. Чтобы оценить степень точности детали, необходимо установить: точность размеров, отклонение формы, отклонение расположения и класс шероховатости обработанной поверхности. Основными причинами, влияющими на точность обработки при фрезеровании, являются: погрешности, вызванные неточной установкой обрабатываемой заготовки на станке; погрешности обработки, возникающие в результате упругих деформаций технологической системы под действием силы резания; погрешности, возникающие в результате деформации, заготовки и других элементов оснастки при креплении заготовки; погрешности обработки, вызываемые размерным износом инструмента; погрешности наладки станка (погрешности установки на глубину фрезерования, погрешности пробных промеров и др.); погрешности, обусловливаемые неточностью станка (биение шпинделя, погрешности перемещения стола и т. д.); погрешности обработки, возникающие в результате температурных деформаций обрабатываемой детали, станка, инструмента и др.; погрешности, вызванные действием остаточных напряжений в материале заготовок и готовых деталей.
Для исследования точности обработки при торцовом фрезеровании хладостойких сталей, была разработана принципиальная схема, представленная нарис. 2.3.
Перед началом исследования все заготовки были предварительно обработаны под один размер с малыми подачей и глубиной резания.
Перед началом исследования все заготовки были предварительно обработаны под один размер с малыми подачей и глубиной резания. На торцовую фрезу 1 устанавливалась одна твердосплавная пластина 2 из Т5К10. Фреза закреплялась в шпинделе вертикально-фрезерного станка модели 6Т12. Обрабатываемая заготовка 3 из хладостойкой стали 10ГНБ закреплялась в тисках, которые установлены на столе станка. Для определения положения инструмента относительно заготовки была проведена настройка станка методом пробных рабочих проходов. Обработка выполнялась методом автоматического получения размера. Заготовка получала движение продольной подачи со скоростью S. Фреза врезалась в обрабатываемый материал с глубиной t. Точность обработки определялась путем измерения отклонения в размере ступенек (А и Б, рис. 2), полученных после двух проходов.Рис. 2.4. 3-х координатная измерительная машина TESA MICRO-HITE 3D
Для определения точности обработки использовалась 3-х координатная измерительная машина TESA MICRO-HITE 3D (рис. 2.4). Настройка производилась установкой нуля по первой обработанной ступеньки. Затем измерялись следующие 5 ступенек. Находили отклонение в высоте ступенек. Значения измеряемых величин выводились на монитор установки. Исследование шероховатости. Целью проводимого исследования являлось определение количественных характеристик шероховатости поверхности толстолистовой хладостойкой стали для судостроения 10ГНБ при торцовом фрезеровании и на этой основе разработка рекомендаций по управлению качеством поверхностного слоя.
Для определения шероховатости использовался профилограф-профилометр типа «Калибр-204».Результаты экспериментальных исследований точности обработки и шероховатости поверхности после торцового фрезерования хладостойкой стали 10ГНБ представлены в таблице 2.9.
Проверка адекватности уравнений регрессии
Фрезеровании хладостойкой стали качество поверхностного слоя улучшается (так увеличение скорости резания в 2,5 раза снижает шероховатость в 1,6 раза), а при увеличение подачи и глубины резания шероховатость растет (качество поверхностного слоя ухудшается). Для точности обработки: Используя (3.27) уравнение регрессии (3.19) можно представить в виде: После преобразований получим многофакторную модель для определения точности обработки при торцовом фрезеровании хладостойкой стали 10ГНБ: где V - скорость резания (м/мин); t - глубина резания (мм); Sz - подача на зуб (мм/зуб); А - погрешность обработки (мкм). По полученной модели (3.30) построим графические зависимости величины точности обработки от режимов резания: скорости резания V, подачи на зуб Sz, глубины резания t (рис.3.5 и 3.6). Рис. 3.6. Зависимости точности обработки от скорости резания V, подачи на зуб Sz (глубина резания t = Змм) при торцовом фрезеровании Анализ графических зависимостей точности обработки от режимов резания показывает, что на величину точности обработки при торцовом фрезеровании хладостойкой стали из режимов резания наибольшее влияние оказывает скорость и глубина резания. С увеличением скорости резания при постоянной глубине и подаче отклонения от точности обработки падают до минимального значения (так увеличение скорости резания в 2,5 раза повышает точность обработки в 2,1 раза). Напротив, погрешность обработки увеличиваются с увеличением глубины резания и подачи. Переход к именованным величинам для уравнения регрессии, описывающее процесс исследования стойкости режущего инструмента при концевом фрезеровании: Переход к именованным величинам для уравнения регрессии, описывающее процесс исследования стойкости режущего инструмента при сверлении хладостойкой стали 10ГНБ: Таблица 3.3. Уровни варьирования независимых переменных при сверлении (3.33)
Анализ графических зависимостей стойкости инструмента от режимов резания показывает, что наибольшее влияние на стойкость инструмента оказывает скорость резания (так, при увеличении скорости резания в 1,5-2,5 раза стойкость инструмента уменьшается в 1,8-4,5 раза при постоянной глубине резания и подачи на зуб). С целью определения возможности применения полученных математических моделей для практических расчетов был выполнен расчет стойкости режущего инструмента при сверлении, нарезании резьбы метчиками, концевом и торцовом фрезеровании, расчет шероховатости поверхности и точности обработки на заданных режимах. Полученные расчетные значения стойкости режущего инструмента, шероховатости поверхности и точности обработки сравнивались с их экспериментальными значениями, которые были определены при соответствующих условиях обработки. Результаты анализа приведены в табл. 3.5 Анализ и обработка результатов расчетов позволяют сделать вывод о том, что полученные многофакторные математические модели для расчета стойкости режущего инструмента при сверлении, нарезании резьбы метчиками, концевом и торцовом фрезеровании, а также математические модели для расчета шероховатости поверхности и точности обработки при торцовом фрезеровании хладостойких сталей дают возможность оценивать исследуемые параметры с погрешностью не более 5- 10 %. Проведенные экспериментальные и аналитические исследования позволили получить и использовать в расчетах и рекомендациях новые многофакторные математические модели в области резания хладостойких сталей. Проведенный сравнительный анализ сходимости полученных математических моделей с результатами экспериментальных исследований показал, что погрешность расчета по моделям находится в пределах 5 - 10 %, что позволяет сделать вывод: многофакторные математические модели адекватны и могут быть использованы для прогнозирования стойкости режущего инструмента при сверлении, нарезании резьбы метчиками, концевом и торцовом фрезеровании, а также шероховатости обработанной поверхности и точности обработки при торцовом фрезеровании, в зависимости от режимов резания.
Основные технико-экономические показатели производственного процесса в значительной степени предопределяются технологическими условиями его осуществления. Поэтому правильный, научно обоснованный выбор наиболее рациональных технологических условий лезвийной обработки позволяет создать мощный резерв дальнейшего повышения общей рентабельности промышленного производства без дополнительных трудовых и материальных затрат.
Проведение различных мероприятий, направленных на повышение рентабельности в деятельности конкретного машиностроительного предприятия, необходимо начинать с первых его уровней - то есть с операций механообработки, уделяя при этом особое внимание вопросу выбора наиболее рациональных технологических условий их осуществления, так как именно они предопределяют результативность анализируемых операций, а в конечном итоге - себестоимость изготовляемой продукции и производительность труда в сфере производства. Современные мировые тенденции развития промышленности характеризуются значительным увеличением масштабов создания, освоения и внедрения в производство новой высокоэффективной техники, обеспечивающей рост производительности труда, улучшение качества выпускаемой продукции, повышение ее конкурентоспособности. Это обеспечивается за счет усложнения узлов и деталей, использования новых конструкционных материалов, что вызывает необходимость
Общая характеристика автоматизированной системы «REZMET»
Используя результаты проведенных экспериментальных исследований и полученные многофакторные математические модели (глава 2, 3) с целью решения задач установления рациональных режимов резания на стадии проектирования технологического процесса при лезвийной обработке хладостойких сталей самостоятельно была разработана программа автоматизированного расчета «REZMET».
Данная система автоматизированного расчета предназначена для получения технологических рекомендаций, которые состоят из самостоятельных разделов по основным видам лезвийной обработки заготовок из хладостойких сталей. В качестве исходной информации для проведения расчетов система учитывает не только свойства обрабатываемых и инструментальных материалов, размеры обрабатываемых заготовок, но и вид, состояние заготовки, использование СОТС, необходимую стойкость режущего инструмента.
В основу автоматизированной системы расчета «REZMET» заложены математические модели, полученные в результате экспериментального исследования и математического анализа, которые учитывают взаимосвязь и взаимовлияние входящих в них переменных параметров. Достоверность указанных математических моделей подтверждена проведенным сравнительным анализом, который был произведен при широком диапазоне изменения технологическх условий и режимов обработки (глава 3, табл. 3.5).
Автоматизированная система «REZMET» позволяет анализировать следующие виды лезвийной обработки хладостойких сталей:- сверление;- нарезание резьбы метчиками;- торцовое фрезерование;- концевое фрезерование.
В память автоматизированной системы расчета «REZMET» заложены физико-механические и теплофизические свойства пяти инструментальных материалов (группа ТК, РМ, РК и Р), 6 типов обрабатываемых заготовок (отливка, поковка, и др.), 4 смазочно-охлаждающих жидкости. При необходимости этот список может быть дополнен или изменен.
Блок-схема функционирования разработанной автоматизированной системы «REZMET» представлена на рис. 4.1. Работа в данной программе осуществляется в следующей последовательности:1. Выбирается вид лезвийной обработки хладостойкой стали: сверление, нарезание резьбы метчиками, торцовое или концевое фрезерование;2. Задаются исходные параметры выбранной обработки:- размеры обрабатываемой поверхности: для сверления - диаметр и глубина отверстия; для нарезания резьбы — размер и длина резьбы; для фрезерования — ширина, глубина фрезерования, подача на зуб;- условия обработки (материал режущего инструмента, вид и состояние заготовки, используемая СОТС);- необходимая стойкость режущего инструмента.3. На основании выбранных параметров обработки определяютсяпоправочные коэффициенты на скорость резания, учитывающие параметрывыбранной обработки;4. Производится расчет рациональных режимов резания на основании разработанных многофакторных математических моделей с учетом выбранных параметров обработки и соответствующих поправочных коэффициентов;5. Формируются таблицы рациональных режимов резания для получения необходимой стойкости инструмента, с рекомендациями на выполнение выбранного вида обработки. Программа предлагает несколько режимов резания для выбранных условий обработки, варьируя режимы резания (оператор может подобрать те режимы, которые подходят для имеющегося станка).
Результаты расчетов, получаемые с помощью автоматизированной системы «REZMET», выводятся в табличной форме на экран дисплея и по желанию пользователя могут быть распечатаны. Данная система создана в среде Delphi 7 и работает в операционной системе Windows.
Автоматизированная система снабжена широким комплексом пояснений и указаний, существенно облегчающих возможность ее практического использования. Кроме того, для облегчения работы к разработанной автоматизированной системе «REZMET» прилагается учебно-методическое пособие с иллюстрированным описанием и подробными комментариями.
В приложении 1 и 2 к данной работе представлены акт внедрения разработанной автоматизированной системы расчета «REZMET» на машиностроительное предприятие «ОАО «ЦС Звездочка» и иллюстрированный пример ее практического использования, подтверждающие работоспособность и широкие эксплуатационные возможности этой системы при прогнозировании рациональных режимов резания для анализируемых процессов лезвийной обработки хладостойких сталей.
С целью определения возможности практического применения разработанной системы автоматизированного расчета «REZMET» был проведен статистический анализ ее работы. Для этого был выполнен расчет рациональных режимов резания для сверления, нарезания резьбы метчиками, концевого и торцового фрезерования хладостойких сталей, используя автоматизированную систему расчета для выбранных условий обработки. На полученных режимах резания были проведены экспериментальные исследования стойкости режущего инструмента. Погрешность работы автоматизированной системы определялась путем сравнения заданных значений стойкости режущего инструмента и полученных при
