Введение к работе
Актуальность темы. Кольцевые канавки на телах вращения являются распространенным конструктивным элементом многих деталей машин, механизмов, приборов точной механики и т.п. Их обработка, как правило, осуществляется на токарных станках с помощью канавочных резцов. Конструкция этих резцов подчиняется общей тенденции применения сменных многогранных пластин (СМП), характерной для современных режущих инструментов. При этом, канавочные резцы с шириной режущей части менее 1 мм занимают особое место в общей номенклатуре токарного инструмента, что обусловлено их низкой прочностью из-за малой ширины рабочей части. В результате этого они не допускают работы с подачами, применяемыми для токарных резцов общего назначения. Кроме того, они более подвержены поломкам, приводящим к неисправимому браку, что существенно снижает эффективность их использования. В некоторых конструкциях деталей ширина таких канавок составляет всего 0,3 мм. Поэтому их безаварийная обработка возможна лишь на основе учета особенностей процесса резания такими инструментами.
В специализации инструментальных заводов Российской Федерации полностью отсутствует номенклатура канавочных резцов с шириной рабочей части 1,0 мм. Поэтому изготовление таких резцов осуществляется силами инструментальных цехов машиностроительных предприятий, нуждающихся в них, конструкция которых не отвечает современным требованиям, а их применение малоэффективно. В результате этого приобретаются канавочные резцы у зарубежных производителей инструментов, таких как Seco Tool, Sandvik Conomant, Mitsubishi Carbide, Horn, Iscar, Kennametal, Stellram, TaeguTec, Arno, Whizcut и др., в номенклатуре которых имеются резцы с шириной рабочей части 0,3…1,0 мм. Практическое отсутствие отечественного опыта в эксплуатации таких резцов также вынуждает пользоваться консалтинговыми услугами, которые осуществляются представительствами перечисленных фирм за отдельную плату.
Следует отметить, что исследования особенностей процесса резания при точении канавок шириной менее 1,0 мм, которые позволили бы объективно обосновать условия рационального применения таких инструментов, в нашей стране не проводились. Также отсутствуют публикации зарубежных исследований в данной области, что, вероятно, является предметом «ноу-хау». А такие особенности даже априорно очевидны. Так, наличие двух вершин у резца в большей степени должно отличать основные характеристики несвободного резания от свободного. При этом необходимо принимать во внимание и значение размеров поперечного сечения срезаемого слоя, т.е. учитывать масштабный фактор,
скоротечность процесса резания, а также тепловой режим работы при весьма узкой рабочей части инструмента.
На основании изложенного, повышение эффективности точения канавок твердосплавными резцами на основе учета специфики процесса резания, обусловленной шириной рабочей части менее 1,0 мм, является актуальной задачей.
Цель настоящей работы – повышение эффективности применения твердосплавных канавочных резцов на основе учета специфики процесса резания, обусловленной шириной рабочей части менее 1,0 мм.
Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:
1.Провести теоретическое определение нагрузок, вызывающих поломку
рабочей части канавочного резца, а также их экспериментальную проверку.
2.Провести сопоставление усадки стружки, температуры резания, формы стружки и износостойкости канавочных резцов в условиях свободного и несвободного резания при ширине срезаемого слоя менее 1,0 мм.
3.Определить влияние изменения ширины срезаемого слоя в пределах 0,5- 0,8 мм на усадку стружки, температуру резания и износостойкость резцов.
4.Оценить температурный режим работы канавочных резцов с учетом характеристик теплообмена и цикличности процесса резания.
5.Сравнить эксплуатационные показатели канавочных резцов различных конструкций, применяемых в отечественном машиностроении.
Объект исследования.
Процесс точения узких канавок шириной 0,5-0,8 мм резцами со сменными твердосплавными пластинами.
Предмет исследования.
Параметры процесса резания, определяющие изнашивание канавочных резцов: такие как усадка стружки, температура резания, условия теплообмена, периодизация процесса резания.
Методы исследования.
Аналитическое определение температуры резания проведено на основе теоретических положений теплофизики процесса резания. Прочностные расчеты выполнены в соответствии с основными положениями теории сопротивления материалов. Экспериментальные методы использованы для проверки результатов теплофизических и прочностных расчетов, а также при определении усадки стружки и оценке износостойкости резцов. Для визуализации результатов экспериментов применена цифровая фото и видеосъемка.
Автор защищает:
1. Результаты теоретического и экспериментального определения нагрузок, действующих в направлении наименьшего сопротивления изгибу рабочей части резцов и приводящих к их поломке.
2.Результаты экспериментального определения усадки стружки, температуры резания и сопоставления формы стружки в условиях свободного резания и точения канавок.
3.Закономерность влияния ширины срезаемого слоя в пределах 0,5-0,8 мм на усадку стружки, температуру резания и износостойкость канавочных резцов.
4.Результаты теоретического определения температуры резания в условиях стационарного и нестационарного теплообмена, а также при циклическом характере работы канавочных резцов с шириной рабочей части менее 1,0 мм.
5.Эксплуатационные характеристики канавочных резцов различных конструкций.
Научная новизна диссертационной работы заключается в установлении закономерности изнашивания канавочных резцов шириной 0,5-0,8 мм на основе учета температуры резания, стационарности теплообмена, условий теплоотвода и цикличности процесса резания, отличающейся от известной закономерности тем, что уменьшение ширины резца (глубины резания) вызывает большее его изнашивание.
Практическая ценность работы заключается в корректировке существующих технологических рекомендаций по назначению скорости резания для канавочных резцов шириной 0,5-0,8 мм путем введения поправочного коэффициента, а также формированию компактной стружки при обработке канавок на заготовках из материалов групп Р, М, К, Н, по ИСО. Кроме того установлена возможность их использования в качестве проходных резцов, что расширяет функциональные возможности инструмента.
Реализация работы.
Результаты исследований диссертационной работы внедрены в производство в условиях ЗАО «Завод экспериментального машиностроения»
Ракетно-космической корпорации «Энергия» в рамках договора.
Материалы диссертации используются в учебном процессе на кафедре «Инструментальные и метрологические системы» Тульского государственного университета при изучении курса «Инструментальные системы интегрированных машиностроительных производств».
Апробация работы. Основные положения работы были доложены на : юбилейной МНТК «Наука о резании металлов в современных условиях, посвященной 90-летию со дня рождения В.Ф. Боброва (г. Тула, 2005г), юбилейной МНТК «Проблемы формообразования деталей при обработке резанием», посвященной 90-летию со дня рождения С.И. Лашнева (г.Тула, 2006г), юбилейной МНТК «Инструментальные системы машиностроительных производств», посвященной 105-летию со дня рождения С.С. Петрухина (г.Тула, 2008 г), ВНТК «Машиностроительные
технологии», посвященной 140-летию высшего технологического образования в МГТУ им. Баумана (г. Москва, 2008 г), ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Тульского государственного университета (г. Тула, 2006-2011 г).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 научных статей, в том числе 3 статьи в изданиях, включенных в перечень ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников из 53 наименований и приложения. Работа содержит 133 страницы машинописного текста, включая 58 рисунков и 42 таблицы.
