Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ факторов, влияющих на обработку металлов резанием 9
1.1 Анализ характера износа и разрушения сменных многогранных пластин из инструментальных твердых сплавов 9
1.2 Анализ физико-механических взаимосвязей обработки металлов резанием и существующих подходов определения оптимальных режимов резания 15
1.3 Анализ существующих подходов оценивания качества режущего инструмента 31
1.4 Цель и задачи диссертационного исследования 40
Глава 2. Разработка методики повышения эффективности механической обработки за счет совершенствования процедуры выбора инструмента 41
2.1 Определение требований к металлорежущему инструменту на основе структурирования функций качества 42
2.2 Построение квалиметрической модели применения металлорежущего инструмента 50
2.3 Выводы по главе 73
Глава 3. Анализ соответствия разработанной квалиметрической модели оценки применения металлорежущего инструмента (на примере токарных резцов) 74
3.1 Выбор и описание инструментов и условий их применения 74
3.2 Определение интегрального показателя качества по разработанной методике 78
3.3 Анализ теоретических и экспериментальных данных 86
3.4 Выводы по главе 95
Глава 4. Практическая реализация разработок
4.1 Рекомендации по использованию методики повышения эффективности механической обработки сборными резцами с СМП 96
4.2 Расчет экономической эффективности 106
4.3 Анализ эффективности разработанной методики при внедрении на предприятии 111
4.4 Выводы по главе 113
Заключение и основные выводы по работе 114
Библиографический список
- Анализ физико-механических взаимосвязей обработки металлов резанием и существующих подходов определения оптимальных режимов резания
- Построение квалиметрической модели применения металлорежущего инструмента
- Анализ теоретических и экспериментальных данных
- Анализ эффективности разработанной методики при внедрении на предприятии
Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Эффективность машиностроительного производства во многом определяется использованием прогрессивных металлорежущих инструментов, к которым относятся сборные инструменты со сменными многогранными пластинами (СМП) из инструментальных твердых сплавов (ИТС). Однако как показывает производственная статистика, на долю отказов инструментов с СМП из ИТС в результате разрушения пластин приходится 65-80% представленному на рисунках 1, 2. В основном это связано с неправильным выбором инструмента и режимов резания, то есть с неэффективным применением сборных инструментов, что, в свою очередь, приводит к низкой эффективности механической обработки.
Рисунок 1- Характерные виды Рисунок 2-Доли отказов СМП
разрушения СМП
Доля покупного инструмента в системе инструментального обеспечения
предприятий машиностроительной отрасли составляет 82%, остальная часть приходится на инструмент собственного изготовления. Не удовлетворены качеством покупного инструмента 70% опрошенных, при этом оценка эффективности применения инструмента перед его приобретением с целью повышения эффективности механической обработки не проводится. Это связано с отсутствием методик ее проведения и сложностью однозначного определения показателей качества металлорежущего инструмента, а решения о выборе инструмента и режимов обработки принимаются на основе опыта предприятий, а также по результатам эксперимента, что могут себе позволить далеко не все предприятия
в связи с трудоемкостью и высокой стоимостью экспериментальных исследований.
Таким образом, повышение эффективности механической обработки на основе оценки качества применения металлорежущего инструмента является актуальной проблемой.
Целью диссертационной работы является повышение эффективности механической обработки за счет повышения надежности, оптимизации производительности и снижения себестоимости на основе оценки качества применения металлорежущего инструмента, учитывающей физико-механические взаимосвязи обработки.
Задачи работы
-
Провести литературный анализ физико-механических взаимосвязей обработки металлов резанием и существующих подходов оценки качества, выделить этапы создания методики повышения эффективности механической обработки.
-
На основе установленных взаимосвязей между производительностью, надежностью и единичными показателями качества, разработать математическую модель оценки качества применения металлорежущего инструмента.
-
Разработать способы оценки основных показателей и факторов применения металлорежущих инструментов, влияющих на эффективность механической обработки.
-
Разработать методику повышения эффективности механической обработки, путем оптимизации параметров используемого инструмента и режимов резания обеспечивающих технически и экономически эффективные процессы обработки.
Методы исследований. Представленные в диссертации теоретические и экспериментальные исследования проводились на основе научных положений технологии машиностроения, теории резания, методов всеобщего управления качеством, квалиметрии, методики структурирования функции качества, а так
же обобщения производственного опыта отечественных и зарубежных машиностроительных предприятий.
Достоверность результатов исследований подтверждается хорошей корреляцией с результатами многолетних опытных данных исследователей-предшественников. Повышение эффективности применения сборного инструмента за счет повышения надежности, оптимизации производительности и снижения себестоимости механической обработки подтверждено результатами экспериментов и внедрением разработанных методик на производстве. Научная новизна
1. Определены этапы процесса повышения эффективности механической
обработки, направленного на повышение надежности и снижение себестоимо
сти процессов обработки материалов резанием.
-
Разработан метод оценки качества применения сборного инструмента, направленный на повышение эффективности механической обработки.
-
Разработана математическая модель оценки качества применения металлорежущего инструмента на основе установленных взаимосвязей между производительностью, надежностью и показателями качества, на примере резцов с СМП.
Практическая значимость результатов работы
-
Оптимизированы параметры используемого инструмента и режимов резания, что позволило обеспечить наиболее выгодное соотношение технической и экономической составляющих процесса обработки.
-
Определены зависимости уровня качества применения сборного инструмента с СМП от коэффициентов теплопроводности обрабатываемого и инструментального материалов, геометрических параметров инструментов и параметров режимов резания.
-
Апробирована и внедрена методика повышения эффективности механической обработки за счет повышения надежности, оптимизации производительности и снижения себестоимости механической обработки.
6 4. Внедрены документированные процедуры методики повышения эффективности механической обработки на ЗАО «Томский завод электроприводов» АК Транснефть.
Основные научные положения, выносимые на защиту
-
Математическая модель оценки качества применения сборного инструмента на основе установленных взаимосвязей между производительностью, надежностью и единичными показателями качества (на примере резцов с СМП).
-
Способы оценки основных показателей и факторов применения металлорежущих инструментов, влияющих на эффективность механической обработки (на примере сборных резцов с СМП).
-
Методика повышения эффективности механической обработки путем оптимизации параметров используемого металлорежущего инструмента и режимов резания, обеспечивающих технически и экономически эффективные процессы обработки (на примере использования токарных резцов с СМП).
Апробация работы. Результаты работы докладывались на международной научно-практической конференции «Качество-стратегия XXI века» - Томск: ТПУ, 2007 г.; международная научно-практическая конференция «Качество-стратегия XXI века» - Томск: ТПУ, 2009 г.; международная научно-практическая конференция «Качество-стратегия XXI века» - Томск: ТПУ, 2010 г.; Интернет - конференция с международным участием «Новые материалы, неразрушающий контроль и наукоемкие технологии в машиностроении» - Тюмень: ТюмГНГУ 2010г.; международная научно-техническая конференция «Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации» - Курск: Юго-зап.гос.университет 2011 г.
Публикации. По материалам диссертационного исследования опубликовано 12 печатных работ. В том числе в 2 работах в изданиях рекомендованных ВАК Российской Федерации, а также 2 работы опубликовано в журналах входящих в базы цитирования Web of Science и Scopus и 1 монографии.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемой литературы и приложения.
Работа изложена на 130 страницах машинописного текста, содержит 43 рисунка, 20 таблиц, список литературы, включающий в себя 153 наименования источников и приложения.
Анализ физико-механических взаимосвязей обработки металлов резанием и существующих подходов определения оптимальных режимов резания
Проведем анализ причин возникновения характерных видов износа и разрушения СМП из ИТС. Выкрашивание в зоне резания происходит по причине неправильного выбора инструментального твердого сплава, неправильного выбора геометрических параметров пластин и неправильного назначения режимов резания. Лункообразование на передней поверхности происходит из-за неправильного выбора геометрических параметров пластин и неправильного назначения режимов резания. Наростообразование вызывается неправильным выбором геометрических параметров пластин и неверным назначением режимов резания. Поломка (скол) пластины обуславливается неправильным выбором ИТС, геометрии и размеров пластины, неправильным назначением режимов резания. Быстрый износ по задней поверхности происходит по причине неправильного выбора инструментального твердого сплава и неправильного назначения режимов резания. Образование термотрещин в основном вызывается ошибочным выбором ИТС. Пластическая деформация является следствием неправильного выбора инструментального твердого сплава и режимов резания.
Обобщая данные анализа, можно сделать вывод, что абсолютно все виды износа и разрушения СМП из ИТС являются следствием неправильного выбора инструментального твердого сплава или неправильного назначения режимов резания, т.е. нерационального применения металлорежущего инструмента, что приводит к низкой эффективности механической обработки.
Таким образом, анализ статистических данных видов разрушений СМП и их причин обуславливает необходимость разработать научно-обоснованную методику повышения эффективности механической обработки на основе оценки качества применения металлорежущего инструмента.
Решению вопросов оптимизации применения режущих инструментов и повышения эффективности обработки металлов резанием и посвятили свои работы Аваков А.А. [9], Андреев Г.С. [10], Астахов В.П. [11-13], Артамонов Е.В. [14-26], Бетанели А.И. [27], Бобров В.Ф. [28-29], Верещака А.С. [30], Грановский Г.И. [31, 53], Гречишников В.А. [32], Гордон М.Б. [33], Зорев Н.Н. [34-37, 53], Кабалдин Ю.Г. [38-39], Коротков А.Н. [40], Клушин М.И. [41], Кирсанов СВ. [42], Кушнер B.C. [43-44], Некрасов Ю.И. [45-46], Тахман СИ. [47-48], Лоладзе Т.Н. [49-53], Макаров А.Д. [54], Мирнов И.Я. [55], Мухин B.C. [56], Остафьев В.А. [57], Петрушин СИ. [58-59], Подпоркин В.Г. [60], Подураев В.Н. [61], Полетика М.Ф. [62-66], Прибылов Б.П. [67], Промптов А.И. [68], Резников А.Н. [69], Розенберг A.M. [70-71], Розенберг Ю.А. [47-48], Романов В.Ф. [72], Старков B.K. [73], Силин С.С. [74-75], Талантов Н.В. [76], Третьяков И.П. [53,77], Утешев М.Х. [45, 78-82], Хает Г.Л. [83-86], Хворостухин Л.А. [87], Шаламов В.Г. [88-90], ШаринЮ.С. [91] и др.
Многие из названных авторов в своих работах обосновали определяющее влияние на эффективность применения инструментов механических свойств ИТС и их циклической прочности.
В монографии «Элементы теории процесса резания металлов» ученые Розенберг A.M. и Еремин А.Н. [71] установили, что на резце постоянной геометрии усадка стружки зависит не от толщины среза и скорости резания, а только от температурного фактора. Причина этого в том, что температура в зоне трения стружки о переднюю грань инструмента оказывает подавляющее влияние как на коэффициент трения, так и на действительный угол резания 8\.
Заслуживают внимания работы профессора Макарова А.Д. и его учеников. Ими на основе стойкостных испытаний, определены физические причины износа инструментов, оснащенных ИТС, проведена оптимизация режимов резания при обработке следующих материалов: 45, 30ХГСА, 37Х12Н8Г8МФБ, ХН77ТЮР, 14Х17Н2, 18Х2Н4В2НВА, 40ХН2МА, ХН51ВМТЮКФР, 12Х18Н910Т, 13Х14НЗВ2ФР, ВТЗ-1, 15Х18Н12С4ТЮ, ЭП616А, ВТ8, 40Х, 12Х18Н9Т, 55Х20Г9АН4, 40ХН, 11Х11Н2В2МФ, ХН70ВМТЮ, 10X11Н23ТЗМР, ХН55ВМТФКЮ и ряда других [54].
Профессором А.Д. Макаровым сформулировано и доказано положение о постоянстве оптимальной температуры резания: оптимальным скоростям резания (для неизменной пары инструментальный - обрабатываемый материал) вне зависимости от комбинаций подачи, глубины и скорости обработки соответствует постоянная температура в зоне резания, которая получила название оптимальной температуры резания. Несмотря на то, что положение постоянства оптимальной температуры резания первоначально было установлено исключительно для токарной обработки материалов разных групп обрабатываемости, в дальнейших работах экспериментально подтвердилась справедливость данного положения для всех видов обработки материалов резанием: нарезания резьбы, зубофрезерования, сверления, фрезерования и т.д.
Более того, на основании проведенных экспериментов А.Д. Макаров сформулировал семь существенных с научной точки зрения следствий, суть которых заключается в следующем:
Следствие I. При неизменной паре инструментальный - обрабатываемый материал точкам минимума зависимостей интенсивности износа от скорости резания, для инструментов вне зависимости от комбинации геометрических параметров инструмента (г, ф, ф1, у, X, а и др.), соответствует постоянная оптимальная температура резания, несмотря на то что оптимальные скорости резания при этом изменяются кардинально, как, например, показано на рисунке 1.3 [54]. На основании рассмотренного следствия можно сделать вывод о том, что оптимальная температура резания связывает между собой геометрические параметры инструмента и оптимальные режимы резания. Подобные выводы можно сделать и на основании анализа остальных следствий.
Построение квалиметрической модели применения металлорежущего инструмента
На сегодняшний день наукой оценивания качества продукции является квалиметрия. Решением вопросов развития данной области занимались инженер-строитель Г.Г. Азгальдов, инженеры-машиностроители З.Н. Крапивенский, Ю.П. Кураченко и Д.М. Шпекторов, экономисты в области авиастроения А.В. Гличев и В.П. Панов, а также архитектор М.В. Федоров. Появление данной науки было необходимо для решения специфических проблем техники: её технологичности, надежности, эстетичности, безопасности и др. Весомый вклад в развитие этой науки также внесли В.В. Кочетов, Г.Н. Солод, Г.Н. Бобровников, В.Г. Белик, А.Г. Суслов, Ю.П. Адлер, И.Ф. Шишкин, А.В. Субето и многие другие специалисты.
По итогам оценивания качества продукции, в том числе и металлорежущего инструмента, производят: 1) оптимизацию качества в целом и показателей свойств; 2) определение «будущего» качества продукции; 3) определение уровня запаса конкурентоспособности, в совокупности оценки цены продукции и уровней качества и многое другое.
В настоящее время существует ряд проблем, связанных с практической квалиметрией. Но в большинстве случаев все они являются следствием двух причин. Первая из них состоит в том, что руководители считают количественную оценку качества довольно простой, почти tэлементарной задачей. И предполагают, что разработать необходимую методику количественного оценивания качества может любой инженер или экономист, являющийся специалистом в соответствующей отрасли (или подотрасли) производства. Вторая причина в большинстве случаев вытекает из первой и состоит в том, что специалисты, которым поручают создавать (или применять ранее созданные) методики оценивания качества, просто не знают, что существует теоретическая квалиметрия, которая определяет довольно жесткие требования к создаваемым и применяемым квалиметрическим методикам. Все вышесказанное относится и к методикам оценки качества сборного инструмента. Отсутствие данных методик приводит к серьезным ошибкам как на стадии проектирования инструмента, так и на стадии его использования, и следствием этого являются весомые экономические потери. Теоретические и практические проблемы системы оценивания качества К основным проблемам квалиметрии и системы оценивания качества продукции относят: 1. Проблему формирования состава технических показателей продукции. 2. Проблему выявления структуры взаимодействия ТП. 3. Проблему выбора и обоснование расчетной модели комплексного показателя. 4. Проблему выбора базы оценивания. Проблема формирования состава технических показателей продукции Для выявления технических показателей (ТП) объекта анализа используют следующие источники информации: 1) техническую документацию на объект экспертизы; 2) ГОСТы и другие методические документы; 3) научно-техническую литературу, посвященную объектам, подлежащим оценке; 4) данные изучения рынка и опроса потребителей объектов оценки; 5) данные опроса экспертов в данной области.
Приведенные источники поставляют огромное количество информации. Однако при этом возникает проблема: каким образом проклассифицировать и сформулировать полный состав ТП. Построение классификаций необходимо осуществлять на основе анализа «естественного» содержания свойств.
Следует отметить, что для получения адекватной структуры технических показателей и полной характеристики качества продукции необходимо реализовать принцип TQM - "ориентация на потребителя". Однако использование опроса потребителей и данных анализа рынка напрямую при формировании состава технических показателей продукции невозможно либо очень затруднительно. Это обусловлено тремя серьезными причинами.
Во- первых, потребители и производители заинтересованы в различных свойствах продукции. Потребителей интересуют в основном выходные свойства продукции (функциональные, эргономические, экономические). Производители же преследуют иные цели при проектировании и производстве продукции, они заинтересованы в её входных свойствах (технических характеристиках, параметрах технологических процессов, условиях производства и т.д.).
Во- вторых, потребители в опросах из всего многообразия предложений указывают лишь те, которые направлены на улучшение только некоторых критических свойств продукции.
В- третьих, в связи с тем, что в основном потребители являются людьми технически неграмотными в данной конкретной области и не владеют специальной терминологией, они формулируют свои требования бытовым языком (на уровне ощущений). В результате этого между потребителем и производителем возникает языковой барьер, так как за каждым требованием, выраженным без использования научной лексики , может скрываться несколько технических характеристик.
Таким образом, считаем, что целесообразно выделить анализ рынка и формирование информации о потребительских требованиях в отдельные процедуры в рамках алгоритма оценки качества. Проблема выявления структуры взаимодействия ТП
Представленная проблема основана на необходимости представлять оцениваемый объект в виде сложной системы [115]. Основное значение в этом случае необходимо уделять решению следующих задач: -группирование технических показателей продукции (услуги) по классификационным признакам качества [116]; -выявление зависимостей и причинно-следственных связей между отдельными техническими показателями [117]. В итоге по результатом работы должна быть определена модель функции качества объекта, которая бы определяла роль и место каждого технического показателя и фактора применения.
В данном случае серьезным недостатком практической квалиметрии в России является то, что при решении двух описанных выше проблем специалисты уделяют очень мало внимания основным для потребителя показателям - показателям назначения и надежности. Используют эти показатели напрямую в качестве единичных показателей качества, не подвергая их декомпозиции. Это связано со сложностью декомпозиции данных показателей и продолжительностью данной работы. Однако при этом вне зависимости от целей оценки в состав показателей качества очень широко включаются показатели стандартизации и унификации, патентно-правовые показатели т.д., способы расчета которых давно известны и которые имеют для потребителя, а зачастую и для производителя, десятое значение. Это приводит к неадекватности создаваемых систем оценки качества и к возрастанию недоверия им [118].
Проблема выбора и обоснование расчетной модели комплексного показателя В соответствии с классификацией существующих методов, по которой строится комплексный показатель качества [119], возможно использование среднего взвешенного арифметического, среднего взвешенного геометрического, гармонического или расчетной структуры, определенной деревом свойств объекта [120].
Большинство этих функций возможно применять только при отсутствии взаимодействий единичных показателей качества, что достижимо лишь для относительно простых образцов продукции, используемых в обычных условиях. Исходя из этого, строить комплексные показатели следует на основании расчетной структуры, определенной деревом свойств.
По существу для сложных объектов данная проблема сводится не к выбору и обоснованию расчетной модели комплексного показателя, а к созданию такой модели. Эту проблему необходимо решать в комплексе с проблемой выявления структуры взаимодействия технических показателей. Источниками информации для создания расчетной модели комплексного показателя и выявления структуры взаимодействия ТП являются: 1. Здравый смысл и теоретические представления. 2. Экспертное суждение. 3. Наблюдения и практический опыт. 4. Научно-техническая литература, посвященная оцениваемым объектам. 5. Специальные исследования. Это самый сложный и трудоемкий этап, в результате которого создается информационная модель объекта.
Анализ теоретических и экспериментальных данных
Для рассматриваемой совокупности поверхностей установим общие ограничения на углы ф, є, для этого выбираем для угла ф максимальное ограничение, а для угла є минимальное ограничение. В рассматриваемом случае получаем: ф 90, є 90.
При невыполнении указанных условий качество инструмента принимается равным нолю и дальнейший расчет не ведется, так как данным инструментом невозможно обработать требуемые поверхности. 2. Вид обработки (черновая, чистовая) принимается в зависимости от технологических требований и припуска на обработку. 3. Шероховатость обработанной поверхности (для чистовой обработки) принимается с чертежа детали. Данный фактор применения накладывает ограничения на подачу s. С целью повышения производительности при обработке и в расчете качества используется максимально допустимое значение, которое затем корректируется после обработки пробной детали. 4. Глубина обработки принимается с технологических карт или рассчитывается. Данный фактор применения накладывает ограничения на толщину СМП и длину рабочей кромки. Так как ограничения на толщину СМП не являются критическими и существенно влияют только на надежность, то данные ограничения учтены в дальнейшем при расчете коэффициента напряженности Кн. Длина рабочей кромки должна быть не менее чем в 2 раза больше глубины обработки, при невыполнении этого условия качество инструмента принимается равным нолю и дальнейший расчет не ведется. 5. Характеристики обрабатываемого материала 0- коэффициент теплопроводности обрабатываемого материала;&м0 - температура максимальной обрабатываемости материала. Учитывая существенное влияние этих факторов применения на качество инструмента, необходимо включить их в разрабатываемую модель как единичные показатели качества. Коэффициент теплопроводности обрабатываемого материала А принимается из справочных данных либо определяется экспериментально. Подробно методики определения м0 для различных сталей и сплавов рассмотрены в работе [26]
К комплексному показателю качества сборных инструментов с СМП предъявляются такие требования как: 1) репрезентативность — представленность в нем всех основных показателей качества сборных инструментов с СМП; 2) монотонность изменения комплексного показателя качества сборных инструментов с СМП при изменении любого из частных показателей качества при фиксированных значениях остальных показателей; 3) критичность (чувствительность) к варьируемым параметрам. Это требование состоит в том, что комплексный показатель качества должен согласованно реагировать на изменение каждого из частных показателей. Комплексный показатель является функцией всех частных показателей. Значение комплексного показателя должно быть особенно чувствительно в тех случаях, когда какой-либо частный показатель выходит за допустимые пределы. При этом комплексный показатель качества должен значительно уменьшить свое численное значение; 4) нормированность - численное значение комплексного показателя, заключенного между наибольшим и наименьшим значениями относительных показателей качества. Это требование нормировочного характера предопределяет размах шкалы измерений комплексного показателя; 5) сравниваемость (сопоставимость) результатов комплексной оценки качества обеспечивается одинаковостью методов их расчетов, в которых показатели свойств должны быть выражены в безразмерных величинах. Перевод натуральных размерностей в безразмерные (приведенные) единицы измерения осуществляется путем соответствующего преобразования.
В рассматриваемом случае предлагается использовать базу оценивания, сформированную по типу оценивания «от абстрактно возможного уровня», то есть переходом от сравнения реальных или прогнозных показателей качества объекта, как целого, к множеству отношений сравнения по каждому из единичных показателей. База оценивания для принятия решения при выборе наиболее качественного инструмента формируется по каждому отдельному базовому показателю как лучшее значение показателя среди рассматриваемых образцов, однако с учетом ограничений от ФП. В случае использования методики при проектировании инструмента используются лучшие на сегодняшний день значения показателей, достигнутых в мире, либо прогнозные значения. Учитывая тип выбранной базы оценивания, преобразование частных показателей качества в единую безразмерную систему меры осуществляется путем деления значения показателя на лучшее значение показателя.
Частный показатель качества «Производительность» включает в себя следующие единичные показатели качества:
Единичный показатель качества «Температура максимальной обрабатываемости» Каждый обрабатываемый материал имеет свою температуру максимальной обрабатываемости &м 0, при которой наблюдается минимальная шероховатость обработанной поверхности и минимальный износ инструмента. Данную температуру можно определять по изменению одной из физико-механических характеристик материала в зависимости от температуры. Обработку материала целесообразно производить при температуре резания соответствующей температуре максимальной обрабатываемости материала. мо определяется экспериментально или принимается из справочных данных (таблица 2.7). Единичный показатель качества «Коэффициент теплопроводности обрабатываемого материала» Каждый обрабатываемый материал имеет свой коэффициент 2 теплопроводности Л0 который существенно влияет на производительность. Значение о принимается из справочных данных при применении методики для выбора инструмента или определяется экспериментально при проектировании инструмента. Единичный показатель качества «Коэффициент теплопроводности инструментального материала» Каждый инструментальный твердый сплав имеет свой коэффициент теплопроводности А/ ,который существенно влияет на производительность. Значение и принимается из справочных данных при применении методики для выбора инструмента или определяется экспериментально при проектировании инструмента. Единичный показатель качества «Задний угол» задний угол а — угол между главной задней поверхностью резца и плоскостью резания согласно рисунку 2.13. Служит для уменьшения трения между задней поверхностью резца и деталью. С увеличением заднего угла шероховатость обработанной поверхности уменьшается, однако снижается надежность.
Анализ эффективности разработанной методики при внедрении на предприятии
Толщина пластины оказывает существенное влияние на показатели надежности инструмента и напряжения, возникающие в СМП из ИТС. Как описано в работе [153], существует связь между толщиной пластины и подачей при резании, которая может быть выражена следующей зависимостью: t=(8+12)S. В случае увеличения толщины пластины больше рекомендованного значения не происходит возрастания ее прочности. В то время как снижение толщины пластины ниже рекомендованного значения вызывает резкое снижение прочности. .— Таким образом, при толщине пластины t=(8+12)S коэффициент принимается равным 1, при t (8-rl2)S принимается 0.5. 6.Наличие твердосплавной подложки и ее толщина
В большинстве случаев выход из строя СМП из ИТС в результате поломки или скола возникает как следствие деформирования опорной нагрузкой. СМП из ИТС характеризуются высокой хрупкостью и фактически не воспринимают изгибающие нагрузки, вследствие чего не могут принимать форму деформированной плоскости опорной поверхности корпуса.
При l/t=l деформации и напряжения в державке минимальны. Поэтому с целью снижения деформирования опорной поверхности корпуса необходима установка опорной пластины, толщина которой может варьироваться в пределах: ti=(0,8-l,l)t. При этом опорная пластина должна изготавливаться из твердого сплава или закаленной стали.
Таким образом, при толщине опорной пластины t]=(0,8-l,l)t коэффициент принимается равным 1, при ti (0,8-l,l)t или отсутствии подложки принимается 0.5. (Для инструментальных фирм желательно проводить оценку коэффициента напряженности с использованием специальных программных пакетов, например, ANSIS).
Метод оценивания показателя «коэффициент температурной совместимости» Кт.с.
Коэффициент температурной совместимости рассчитывается согласно уравнению 2.8, где 0М р и (9М.0. - температура максимальной работоспособности твердого сплава и обрабатываемости материала; п=3 при 0М р (9М 0, п—3 при 0м.о 0мр [148-149]. Подробно методика нахождения мр. и &мо рассмотрена в работе [28]. На основании проведенных исследований для производственного использования были разработаны: 1. Методическая инструкция «Методика повышения эффективности механической обработки на основе оценки качества применения сборных резцов с СМП». 2. Руководящие технические материалы по оценке качества применения сборных токарных резцов с СМП при обработке материалов резанием.
Так как было установлено, что важное значение для потребителей имеет комплексный показатель "себестоимость обработки", которая относится к процессу обработки металлов резанием, а не к качеству металлорежущего инструмента, необходимо учесть этот показатель при экономическом обосновании разработанной методики. Себестоимость обработки - это суммарные затраты на выполнение перехода (операции). Суммарные затраты на выполнение перехода (операции) - Зперех [152] складываются из: оПереХ -Зинстр оборуд "" -Зз/п V - У где Зинстр - затраты на инструмент; Зоборуд - затраты на оборудование; 33/п -затраты на зарплату рабочих (трудозатраты); Рассчитаем затраты на обработку партии деталей 1000шт. при использовании рассматриваемых инструментов, за исключением инструментов 13, 14, 15, так как показатель качества этих инструментов стремится к нолю, следовательно, их использование нецелесообразно. минимальное значение суммарных затрат при обработке всеми рассматриваемыми инструментами: для инструмента 1 Зперех = 11606,35р; для инструмента 2 Зперех = 11494,12р; для инструмента 3 Зперех = 16047,85р; для инструмента 4 Зперех = 11306,72р; для инструмента 5 Зперех = 11020,03р;. для инструмента 6 Зперех = 15259,13р; для инструмента 7 Зперех = 10887,45р; для инструмента 8 Зперех = 10600,77р; для инструмента 9 Зперех = 14839,87р; для инструмента 10 Зперех = 17298,67р; для инструмента 11 Зперех = 15329,92р; для инструмента 12 Зперех = 22868,33р; для инструментов 13-15 Зперех не рассчитывались, так как во всех случаях обработка заканчивалась преждевременно из-за выхода пластин из строя. Следовательно принимаем Зперехтш= 10600,77р. Соответственно Зперехотн = 1,0948595.
Сравнение интегральных показателей качества инструмента и суммарных относительных затрат, представленное на рисунке 4.1, показало высокую степень их корреляции. Коэффициент корреляции составил R = - 0.916, т.е. чем выше качество инструмента ,тем меньше затраты на обработку деталей. Это еще раз доказывает адекватность разработанной модели оценки качества сборных инструментов с СМП.
Предложенная система оценивания качества конкретного вида продукции (сборных резцов с СМП) позволяет повысить достоверность и точность выбора качественного инструмента, а также способствовать: — значительному сокращению времени при определении наиболее качественного инструмента по сравнению с производственными испытаниями; — оптимизации производительности обработки материалов по критерию минимальных затрат на обработку; — существенному повышению надежности металлорежущего инструмента, которая включает высокий уровень брака, вызванный преждевременным выходом из строя и остановку производственного процесса в связи с поломкой, что позволяет серьезно сократить расходы предприятий.
Разработанные методики квалиметрической оценки применения металлорежущего инструмента и определения основных показателей качества металлорежущего инструмента позволяют свести к минимуму применение в производстве некачественного инструмента и соответственно производственные риски предприятий в этой области.
Внедрение разработанной методики производилось на предприятии ЗАО «ТОМЗЭЛ» при обработке детали «Вал», являющейся составной частью электропривода, который предназначен для управления рабочими органами запорной арматуры магистральных нефтепродуктопроводов. По технологическому процессу при черновой обработке использовался инструмент под № 11(PSDCN-4040S19 (SCMX 1906 04S сплав ВК8), после внедрения разработанной методики повышения эффективности механической обработки на основе оценки качества применения металлорежущего инструмента принято решение об изменении инструмента на №8(SRDCN-4040S20-M (RCMX 2006 MOS сплав ВК8). Обработка проводилась при одинаковых условиях одним комплектом - инструмент +10 сменных многогранных пластин.
