Введение к работе
Актуальность работы: Фрезерование характеризуются наиболее сложной кинематикой и динамикой резания, связанной с переменностью срезаемого слоя, ударностью процесса врезания и их периодической повторяемостью. Одним из мало исследованных аспектов фрезерования является напряженно-деформированное состояние удаляемого слоя и обрабатываемой поверхности, которое определяет точность и качество обработанной поверхности, стойкость инструмента и производительность обработки.
Напряженно-деформированное состояние при резании определяется геометрией режущего инструмента и физико-механическими свойствами обрабатываемого материала, и чаще всего описывается моделью ассиметричного остро заточенного клина, внедряемого в упругопластическое твердое тело и совершающего скольжение в направлении плоскости резания, при этом толщина срезаемого слоя является постоянной. Режущий клин в реальном процессе не является остро заточенным, а характеризуется радиусом скругления.
Исследованию роли радиуса скругления режущего клина в процессе резания не уделялось должного внимания, обосновывая тем, что этот параметр является трудно измеряемым, не стационарным, постоянно меняющимся при резании за счет изнашивания и наростообразования. Однако, при установившемся процессе изнашивания инструмента режущая кромка способна сохранять свою форму, в том числе и радиус скругления, достаточно продолжительное время, определяя условия стружкообразования и качество механической обработки.
Таким образом, исследование влияния радиуса скругления режущей кромки на напряженно-деформированное состояние зоны стружкообразования и на качество поверхности при фрезеровании является актуальной задачей, имеющей научный и практический интерес.
Цель работы: исследование влияния радиуса скругления режущей кромки на напряженно-деформированное состояние зоны стружкообразования при цилиндрическом фрезеровании для обеспечения и прогнозирования качества обрабатываемой поверхности.
Для реализации поставленной цели определены следующие задачи:
-
Разработать математическую модель, раскрывающую связь между радиусом скругления режущего клина и напряженно-деформированным состоянием обрабатываемой поверхности.
-
Разработать уточненную кинематическую схему процесса цилиндрического фрезерования, учитывающую истинные траектории перемещения режущих кромок и их пересечения в зоне врезания.
-
Разработать методику исследования влияния радиуса скругления режущей кромки зуба фрезы на динамику процесса резания с использованием вибрационного сигнала.
-
Исследовать влияние радиуса скругления режущего клина зуба фрезы на параметры качества обработанной поверхности.
-
Разработать технологические рекомендации по достижению оптимальных параметров качества поверхности.
Научная новизна работы заключается в том, что:
1. Из анализа кинематики фрезерования определены геометрические размеры зон перекрытия траекторий смежных зубьев при врезании, которые на обработанной поверхности образуют участки повышенной твердости как результат более активного деформационного упрочнения.
2. Разработана математическая модель напряженно-деформированного состояния обрабатываемой поверхности при внедрении в твердое тело ассиметричного клина со скругленной вершиной, позволяющая рассчитывать напряжения и накопленную деформацию в обработанной поверхности, а также прогнозировать ее качество.
3. Раскрыта причина существования оптимального радиуса скругления режущего клина, при котором достигается минимальная шероховатость обработанной поверхности, заключающаяся в минимальной работе образования новых поверхностей и минимизации влияния повторного деформирования уже обработанной поверхности.
Практическая значимость работы заключается:
-
-
В разработке научно обоснованных технологических рекомендаций по получению оптимальных свойств поверхностного слоя детали и технических условий на производство режущего инструмента, определяющих оптимальную форму режущих кромок, внедренных на ОАО "КнААПО".
-
В разработанном программном обеспечении "Blanked calculator", в котором реализована методика определения параметров фрезерования в зависимости от типа обрабатываемого материала, автоматизированы расчет параметров качества обработанной поверхности и выбор режима резания с точки зрения получения оптимальных свойств поверхности (а.с. № 2011614887 от 22.06.2011).
Методы исследования сочетают теоретический анализ и физический эксперимент. В теоретических исследованиях применялись методы теории пластичности, теории резания, теоретической механики, математического анализа, анализа методом конечных элементов в программе T-flex-Анализ. Экспериментальные исследования проводились на универсальных фрезерных станках с использованием стендового оборудования, а так же с использованием методов металлографии. Для обработки результатов экспериментов использовались статистические методы планирования.
Достоверность полученных результатов широко подтверждается: результатами производственных испытаний и внедрением технологических рекомендаций, рядом экспериментальных исследований, выполненных на аттестованном оборудовании, их высокой вопроизводимостью, соответствием теоретических и экспериментальных данных, ясностью физической трактовки результатов.
На защиту выносятся следующие основные положения:
- Механизм образования на обработанной поверхности при фрезеровании неоднородности распределения поверхностной твердости в результате формирования участков, подвергаемых двойной пластической деформации при пересечении траекторий перемещения смежных зубьев.
- Причинно-следственная связь влияния радиуса скругления режущего клина на шероховатость обработанной поверхности
Апробация результатов: Основные результаты проведенных исследований докладывались и обсуждались на XXXVII, XXXVIII научно-технических конференциях аспирантов и студентов "Машиностроительные технологии и оборудование". (Комсомольск – на - Амуре: КнАГТУ, 2007, 2008 гг.); на Второй и Третьей Всероссийских конференциях молодых ученых и специалистов "Будущее машиностроения России" (Москва: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009, 2010 гг.).
Личный вклад автора заключается в: решении задачи по определению НДС деформируемого слоя моделированием внедрения скругленного клина в упругопластическое твердое тело; в установлении связи между параметрами качества обработанной поверхности и НДС заготовки; разработке методик анализа и идентификации вибрационных сигналов.
Публикации. Основное содержание диссертации, полученные результаты, выводы и рекомендации опубликованы в 9-ти научных работах, в том числе 4 – в изданиях, рекомендованных ВАК, 2 – в материалах Всероссийских конференций, 1 – авторское свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников и 3-х приложений. Диссертация изложена на 151-ой странице, включает 63 рисунка и 11 таблиц. Список использованных источников состоит из 123-х наименований.
Автор выражает глубокую признательность кандидату технических наук, доценту, доценту кафедры "Технология машиностроения" Щелкунов Евгению Борисовичу за постоянную поддержку и помощь в проводимых исследованиях.
Похожие диссертации на Повышение качества обработанной поверхности при цилиндрическом фрезеровании на основе исследования напряженно-деформированного состояния зоны стружкообразования
-
