Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ литературных источников по вопросам проектирования и эксплуатации инструментов со стружкозавивающей передней поверхностью 12
1.1. Особенности и этапы проектирования СРП со стружкозавивающими элементами 12
1.2. Анализ существующих теорий управления дроблением сливной стружки при резании пластичных материалов 19
1.3. Морфологический анализ и классификация конструкций СРП 33
1.4. Выводы по первой главе. Цель и задачи исследований 36
2. Расширение технологических возможностей СРП на основе управления пространственным завиванием стружки 39
2.1. Определение необходимых условий дробления сливной стружки с учетом технологических ограничений 39
2.1.1. Факторы, определяющие дробление стружки 39
2.1.2. Схемы взаимодействия стружки с препятствиями 40
2.1.3. Анализ напряжений в стружке для различных схем взаимодействия с препятствиями 43
2.1.4. Определение предельной деформации разрушения стружки 48
2.1.5. Необходимые условия стабильного стружкодробления... 58
2.2. Повышение эффективности дробления стружки на основе интенсификации бокового и поперечного завивания 61
2.2.1. Моделирование пространственного завивания стружки 61
2.3. Исследования влияния конструктивных элементов передней поверхности СРП на завивание и дробление стружки 74
2.4. Выводы по второй главе 87
3. Исследование влияния стружкоформирующих элементов передней поверхности СРП на механику резания и прочность режущего клина 89
3.1. Классификация элементов СРП по назначению 89
3.2. Металлографические исследования деформированного состояния зоны резания инструментом с различной формой передней поверхности ... 98
3.3. Исследование силовых характеристик процесса резания инструментом с криволинейной передней поверхностью 106
3.4. Исследование влияния положения стружкозавивающего выступа на силы резания 110
3.5. Исследования влияния кривизны передней поверхности на прочность инструмента 112
3.6. Выводы по третьей главе 122
4. Разработка конструкций сменных токарных пластин на основе управления пространственным формированием стружки 124
4.1. Разработка алгоритма проектирования СРП со сложнопрофильной конфигурацией передней поверхности с учетом получения БФС 127
4.2. Создание гаммы режущих пластин универсального назначения с расширенными технологическими возможностями 132
4.3. Адресное проектирование тангенциальных пластин для контурного точения железнодорожных колесных пар 147
4.4. Выводы по четвертой главе 173
Общие выводы по диссертации 173
Список использованных источников 176
Приложение А
- Анализ существующих теорий управления дроблением сливной стружки при резании пластичных материалов
- Повышение эффективности дробления стружки на основе интенсификации бокового и поперечного завивания
- Металлографические исследования деформированного состояния зоны резания инструментом с различной формой передней поверхности
- Создание гаммы режущих пластин универсального назначения с расширенными технологическими возможностями
Введение к работе
Актуальность темы. Совершенствование твердосплавного токарного инструмента идет по пути усложнения рабочих поверхностей и, в первую очередь, передних поверхностей сменных режущих пластин (СРП). Оптимизация конструкций СРП позволяет повысить стабильность и надежность механической обработки. Вместе с тем наличие стружкозавивающих выступов на передней поверхности приводит к ограничению технологических возможностей пластин и снижению их универсальности. Поиск рациональной геометрии режущих пластин производится на основе проведения многочисленных трудоемких экспериментальных исследований. Современный уровень технологии изготовления СРП позволяет активно развивать направление «адресного» проектирования инструментов с учетом конкретных условий обработки. С целью автоматизации проектирования СРП повышается актуальность создания надежных математических моделей процессов резания материалов инструментом с криволинейной передней поверхностью. Прогнозирование стружкообразования на стадии принятия конструкторских решений резко уменьшает число опытов при поиске оптимальной геометрии и сокращает сроки создания режущей пластины. К сожалению, в последние годы российские производители утратили ведущую роль на отечественном рынке твердосплавного инструмента. Отставание наиболее отчетливо проявляется при сравнении каталогов широко применяемых в настоящее время сменных многогранных режущих пластин. Конструкции отечественных СРП устарели. Расширение номенклатуры СРП и выход на лидирующие позиции можно обеспечить путем реализации собственных инновационных разработок. Создание прогрессивных технологий проектирования и изготовления высокопроизводительного инструмента является актуальной задачей.
Цель работы. Развитие методов проектирования и создание сложнопрофильных токарных пластин с расширенными технологическими возможностями.
Задачи исследований.
1. Разработать математическую модель процесса естественного дробления сливной стружки с учетом ее пространственного завивания.
2. Установить взаимосвязь геометрических размеров стружки и надежности ее дробления с технологическими условиями обработки.
3. Исследовать влияние стружкоформирующих элементов режущих пластин на механику резания и прочность лезвия инструмента.
4. Разработать методику проектирования режущих пластин с расширенными технологическими возможностями на основе управления пространственным формированием стружки.
5. Создать гамму новых запатентованных сменных режущих пластин с расширенными функциональными возможностями.
6. Изготовить промышленные образцы новых пластин, провести исследования их эксплуатационных возможностей и внедрить в производство.
Методы исследований. В теоретических исследованиях использовались фундаментальные положения сопротивления материалов и теоретической механики, теорий резания материалов и пластичности, методы компьютерного моделирования с применением современных программных средств. Экспериментальные исследования выполнены в лабораторных и производственных условиях. Силовые характеристики процесса резания регистрировались и обрабатывались с помощью измерительно-вычислительного комплекса, состоящего из токарно-винторезного станка, динамометра, системы усиления и согласования сигналов, аналого-цифрового преобразователя и ПК с программным обеспечением LabView. Оценка формы стружки и процесса стружкодробления осуществлялась с использованием цифровой фотосъемки.
Научная новизна работы.
1. Разработана математическая модель процесса дробления винтовой сливной стружки, позволяющая осуществлять выбор наиболее рациональных условий резания инструментом со сложной формой передней поверхности с учетом пространственного завивания стружки.
2. Установлены зависимости параметров зоны стружкообразования, сил резания и прочности лезвия инструмента от кривизны выпуклой и вогнутой форм передней поверхности.
3. Выявлены геометрические параметры сложнопрофильных режущих пластин, определяющие эффективность ее дробления в процессе точения пластичных материалов за счет управления пространственным завиванием стружки.
Практическая значимость работы.
1. Разработана методика проектирования режущих пластин с расширенными технологическими возможностями. Повышение эффективности стружкодробления в широком диапазоне режимов резания достигается за счет управления завиванием стружки в трех координатных плоскостях, удаления от режущей кромки стружкозавивающих выступов и деформации стружки при ее дроблении по схеме косого изгиба.
2. Разработаны, изготовлены и внедрены новые конструкции сменных режущих пластин для токарной обработки пластичных материалов. Новизна конструкций подтверждена двумя патентами.
Реализация результатов работы. Результаты работы внедрены на ООО «КЗАЛ» (г. Кострома), ООО «ПВГ»Технология» (г. Москва).
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены и обсуждены на следующих научных конференциях: «Международной юбилейной научно-технической конференции, посвященной 90-летию со дня рождения С. И. Лашнева» (г. Тула, 2007 г.); «Всероссийской конференции молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России» (г. Москва, 2008 г.); «Всероссийской научно-технической конференции, посвященной памяти С. С. Силина» (г. Рыбинск, 2009 г.); «Международной научно-технической конференции «Оптимизация процессов резания, разработка и эксплуатация мехатронных станочных систем», посвященной 90-летию со дня рождения А. Д. Макарова» (г. Уфа, 2009 г.); на кафедре «Технология машиностроения» Костромского государственного технологического университета (2010 г.).
Публикации. По содержанию работы и основным результатам исследований опубликовано 12 печатных работ, в т. ч. два патента и одна статья в издании, входящем в перечень ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Основное содержание работы изложено на 174 страницах и содержит 116 рисунков, 13 таблиц и список литературы, состоящий из 92 источников.
Анализ существующих теорий управления дроблением сливной стружки при резании пластичных материалов
Активная фаза исследований процесса стружкодробления началась в 1950-60 гг. - в период внедрения твердосплавного инструмента и станков с ЧПУ. С увеличением скоростей резания и автоматизацией механической обработки ужесточились требования к надежности и стабильности процесса формирования и дробления стружки. Стружка, неблагоприятная с точки зрения ее удаления из зоны резания, стала серьезным препятствием на пути организации малолюдных технологий. Рост актуальности проблемы привлек к ее решению большую группу ученых из разных стран. Достижения в области изучения процесса стружкодробления и этапы развития теории можно проследить по результатам исследований, выполненных зарубежными и отечественными школами резания материалов, которые часто шли параллельно, независимо друг от друга.
На ранней стадии исследований экспериментальным путем установлено, что дробление стружки улучшается при увеличении подачи и уменьшении радиуса ее завивания под действием стружколома [8-10]. Данная закономерность впервые формализована в работе К. Okushima, Т. Hoshi, Т. Fujinawa «On the behavior of chip in steel cutting - the case of the parallel type chip breaker» [11]. Согласно этим исследованиям степень дробления стружки при токарной обработке можно количественно оценить параметром а, представляющим отношение квадрата подачи к радиусу витка стружкигде to - подача; Rci,ip - радиус витка стружки.
Для среднеуглеродистых сталей неудовлетворительному дроблению стружки соответствует а 1-10 " мм, эффективное дробление происходит в диапазоне а = 1-Ю 2...2-10" мм, «излишнее» дробление - при а 2-Ю 2 мм.
Несмотря на свою простоту, модель (1.7) дает верное представление о влиянии геометрических параметров стружки на ее дробление и отражает факт существования оптимальных условий завивания стружки.
В работе К. Накаямы [12] в качестве критерия дробления сливной стружки предложено использовать предельную деформацию материала стружки єв. Условие дробления для преимущественного завивания стружки в плоскости схода имеет видгде hc — толщина стружки; ahc - расстояние от поверхности стружки до ее нейтрального слоя; R0 - начальный радиус завивания стружки; RL - радиус дробления стружки.
К. Накаяма отмечал, что RL оказывает на дробление незначительный эффект и влиянием І/RL можно пренебречь. Приняв расстояние от поверхности стружки до ее нейтрального слоя равным половине ее толщины (а = 1/2), а радиус RL много больше RQ выражение (1.8) можно записать в виде
Согласно выражениям (1.8 и 1.9) стружка ломается, когда ее деформация є превысит предельную деформацию материала стружки єв. Для среднеуглеро-дистых сталей ев = 0,05 [12].Полученные значения єв достаточно хорошо совпадают с результатами исследований [13, 14], по которым значение предельной деформации равно 0,046...0,052 и 0,036...0,048 соответственно.Worthington и соавторы [15-18] применяли в своих работах модель На каямы для инструментов со стружкозавивающей передней поверхностью.Worthington полагал, что радиус соответствующий дроблению стружки примерно в два раза больше радиуса ее завивания [18]. Критический диапазонотношения толщины стружки к радиусу, формируемому стружколомом, определяющий область эффективного дробления, составляетtciup/Rgroove = 0,06...0,17. В результате экспериментальных исследований приточении углеродистых сталей установлена связь формы стружки с длиной ее контакта с передней поверхностью резца. Для инструментов с укороченной передней поверхностью предложен критерий стружкодробления К, равный отношению длины контакта укороченной передней поверхности к естественной длине контакта стружки с резцом [19]где 1ГС — длина укороченной передней поверхности; /„ — естественная длина контакта стружки с резцом.
При малых подачах неблагоприятные формы стружки получались при значениях К 1, «приемлемые» формы стружки - при К = 0,5...1, формы стружек в виде коротких, разделенных или соединенных между собой сегментов темно-синего цвета обнаруживались при К 0,5.
Shinozuka и соавторы моделировали процесс дробления стружки методом конечных элементов (МКЭ) с учетом температурных упруго-пластических деформаций [20]. В результате исследований в качестве критерия стружкодробления Ras, предложено использовать отношение длины стружки, которую она проходит до касания с заготовкой к толщине этой стружкигде ЬсЫр — длина стружки до касания с заготовкой; tchip — толщина стружки. Благоприятному стружко дроблению соответствует значение Ras 20.
С использованием МКЭ также было установлено, что способность стружки к дроблению зависит от напряжений, возникающих при распрямлении стружки [21]. Чем больше толщина стружки и меньше радиус, тем выше вероятность поломки стружки.
Авторы работы [22] для установления условий дробления стружки использовали диаграмму «напряжение - деформация» и предложили следующий критерий стружкодробления:где asi — предел текучести материала стружки; Ек - модуль упругости мате 22 риала стружки; Єї - предельная деформация материала стружки; ас - толщина стружки; rG - радиус кривизны стружки в момент разрушения; К — величина, определяющая отношение радиуса кривизны стружки, сформированной стружкозавивающим элементом гк, и радиуса го в момент разрушения стружки. Экспериментально установлено, что у стружки, наиболее благоприятной для дробления, параметр К = 1,2...4.
В статье и ряде других работ этого периода времени предполагается, что стружка выходит из зоны резания в виде прямой полосы, а ее дробление происходит в результате деформации изгиба сначала при встрече с выступом на передней поверхности резца и последующей деформацией при столкновении с заготовкой или резцом. Данная гипотеза не соответствует современным знаниям о механизме завивания и дробления стружки, поэтому формула (1.12) нуждается в уточнении.
В работах [23-25] применен энергетический подход к моделированию дробления стружки при обработке СРП со стружкозавивающей передней поверхностью. В этих работах была подсчитана энергия деформации сдвига, приходящаяся на единицу длины стружки. Показано, что вероятность дробления стружки увеличивается при повышении удельной энергии стружки. При этом в работе не дается обоснование выбранного критерия. Анализируя результаты, представленных в статье исследований, следует отметить попытку реализации комплексного подхода к разработке критерия дробления стружки. Однако, по-нашему мнению, построение модели, не основанной на физической природе механизма процесса стружкоробления, снижает точность описания этого явления.
Большинство работ, выполненных за рубежом в последние годы, так или иначе, базируются на модели Накаямы. Развитием теории являются уточнения расчетных зависимостей кривизны стружки от технологических условий резания и значений критических деформаций стружки при обработке новых материалов. Результаты исследований, выполненных зарубежными авторами, сведены в таблицу 1.1.
Повышение эффективности дробления стружки на основе интенсификации бокового и поперечного завивания
В результате моделирования процесса дробления стружки установлено, что решение проблемы стружкодробления на этапе проектирования технологического процесса может быть обеспечено путем управления формой и траекторией движения стружки за счет выбора режимов резания и геометрии инструмента. С этой целью необходимо установить взаимосвязь технологических условий резания с формой стружки.
Вопросы кинематики формирования стружки впервые рассмотрены в работах К. Накаяма и М. Огава [47]. Авторы представили траекторию движения стружки как движение точки по винтовой линии, образующейся при сложении двух взаимно перпендикулярных вращений: в плоскости передней поверхности инструмента (side-curl) и плоскости перпендикулярной к его главной режущей кромке (up-curl) (рис. 2.18).
В этом случае геометрическая форма стружки определяется тремя переменными: кривизной верхнего завивания стружки, бокового завивания и углом схода стружки. Характерные виды стружек при различных сочетаниях сои, Q)snri представлены в виде классификации в работе [48] (рис. 2.19). Классификационная таблица получила признание международной организации по изучению автоматизации промышленного производства (International Institution for Production Engineering Research, CIRP) и была предложена для прогнозирования поведения стружки в зависимости от параметров ее схода.
Дальнейшее развитие теории стружкообразования и проектирования режущих инструментов показало, что классификатор, построенный по модели схода стружки с двумя вращательными движениями, не охватывает весь спектр стружек, которые могут быть получены на практике.
В работе [49] установлено, что при создании переменных вдоль режущей кромки условий схода стружки появляются дополнительные возможности управления процессом стружкообразования. Вследствие неоднородной деформации срезаемого слоя, вызванной изменяющимся профилем стружко-завивающей поверхности, происходит закручивание стружки в поперечной плоскости. В результате, кроме вращательных движений в плоскости передней поверхности cos и плоскости, нормальной к режущей кромке резца сои, стружка получает дополнительное поперечное вращение со; (lateral-curl) вокруг оси у. Схема схода стружки с криволинейной передней поверхности по Рис. 2.20. Схема формирования стружки с переменными вдоль режущей кромки условиями схода (тремя вращательными движениями)
Представленная схема является общей для несвободного резания. Согласно этой схеме стружка за пределами контакта с передней поверхностью резца участвует во вращательных движениях вокруг трех непараллельных и непересекающихся осей Ox, Oz и Оу. В результате сложения вращений относительно указанных осей образуется тот или иной вид стружки. Направление оси поверхности завивания стружки задается вектором скорости суммарного вращательного движения (рис. 2.21)
Согласно кинематической модели формирования стружки геометрические параметры, характеризующие форму спирали стружки определяются по уравнениям [50] где ро — радиус кривизны нейтрального слоя недеформированной стружки; R0 - внешний радиус витка стружки; в — угол наклона поперечного сечения стружки к оси спирали; Rs, Ru - радиусы завивания в плоскости передней поверхности инструмента и нормальной к ней плоскости схода стружки; , — угол отклонения стружки от нормали к главной режущей кромке; рс — изменение переднего угла схода стружки на активном участке длины режущей кромки; Ь2 — ширина стружки; а; - толщина срезаемого слоя; ка — коэффициент утолщения стружки.
С использованием аналитических зависимостей (2.29) разработана новая классификационная таблица форм стружек (рис. 2.22) [51].
В классификаторе все многообразие стружек описывается четырьмя переменными: вращением в плоскости схода стружки сои, вращением вплоскости передней поверхности инструмента a)s, поперечным вращениемстружки со! и углом схода стружки ц. Значения параметров движениястружки представлены в кодированном виде. Наличие параметра обозначено единицей, отсутствие — нулем. Знак перед единицей указывает на направление вращения стружки. Для вращения стружки в плоскости передней поверхности cos знак плюс соответствует движению стружки в сторону обрабатываемой поверхности, знак минус — в сторону обработанной поверхности. Для поперечного вращения х 1 знак минус соответствует закручиванию стружки в сторону заготовки, знак плюс — закручиванию стружки в противоположную от заготовки сторону. При положительном поперечном вращении вектор щ направлен в сторону скорости стружки vc, апри отрицательном — в противоположную сторону. На рис. 2.20 все векторы вращательных движений имеют положительный знак.
Каждая из горизонтальных линий классификационной таблицы соответствует конкретному параметру стружкообразования. Стрелки, соединяющие эти линии со схемой стружкообразования, указывают на условия, при которых может быть получена та или иная форма стружки. В нижней части таблицы показаны характерные виды стружек при ее завивании в плоскости передней поверхности cos и/или в плоскости поперечного сечения со,, в верхней части — с учетом трех вращательных движений. Структура сочетаний вращательных движений в классификаторепредставлена в виде матрицы (а и ,й)5,щ) (табл. 2.2).
Металлографические исследования деформированного состояния зоны резания инструментом с различной формой передней поверхности
Целью экспериментальных исследований формообразования стружки является выявление основных факторов и параметров процесса резания, определяющих завивание и дробление стружки, их взаимосвязь и механизм участия в этом процессе. К таким факторам, в первую очередь, относятся: угол наклона условной поверхности сдвига /?/, длина и толщина участка пластического контакта стружки с передней поверхностью инструмента l0, h0, степень неоднородности деформированного состояния зоны резания. Основным методом экспериментального определения указанных параметров является металлографический метод исследования [67], включающий в себя получение с помощью специальных приспособлений корней стружек, изготовление их микрошлифов и графическую обработку линий текстуры.
Для исследования процесса формирования стружки инструментом с различной формой передней поверхности был использован способ получения корней стружек, разработанный в КГТУ [68]. Способ заключается в следующем. В испытываемом образце 1 изготавливают пазы 2 в виде щелей под углом к обрабатываемой поверхности 3 так, чтобы угол % между вектором скорости резания v и стенкой паза 2 составлял величину, меньшую величины начального угла сдвигов первичной пластической деформации (31н (рис. 3.2). В пазы 2 без зазоров устанавливают и фиксируют, например штифтами 4, пластины-заглушки 5, изготовленные из того же материала, что и образец. Затем осуществляют процесс резания.
Образование корней стружек б происходит в процессе резания при последовательном достижении режущей кромкой 7 инструмента 8 поверхностей пазов с заглушками 5. При этом, поскольку поверхностями раздела корней стружек с заготовкой 1 являются плоскости 9, углы наклона которых к вектору скорости резания v меньше начального угла сдвигов /?/,„ корни стружек получаются без остановки процесса резания с минимальным искажением.
Преимуществами нового способа получения корней стружек являются: 1) возможность получения корней стружек, надежно фиксирующих пластические деформации в переходной зоне и стружке в любом диапазоне скоростей резания и подач; 2) высокая производительность получения корней стружек. Экспериментальная проверка способа показала, что для получения 160-ти корней стружек, соответствующих 16-и сочетаниям режимов резания, потребовалось 40 минут рабочего времени; 3) получение нескольких корней стружек, соответствующих одним и тем же условиям резания на одной и той же заготовке без остановки процесса резания, что позволяет повысить достоверность экспериментальных исследований процесса стружкообразования, отличающегося своей нестабильностью; 4) возможность измерения сил резания в момент образования корня стружки с целью комплексного изучения процессов стружкообразования.
Получение корней стружек производилось при поперечном точении дисков на токарно-винторезном станке мод. 16К20. Радиусная вогнутая передняя поверхность затачивалась алмазным кругом на универсально-заточном станке, а выпуклая передняя поверхность резцов профилировалась на электроэрозионном проволочном вырезном станке с ЧПУ фирмы Jiten (Тайвань). Внешний вид лезвий резцов с выпуклыми и вогнутыми передними поверхностями показан нарис. 3.3.
Испытания проводились при обработке сталей 45 и 40Х напайными резцами с твердосплавной пластиной Т5К10 в диапазоне режимов резания: V— 115... 125 м/мин, s = 0,2...0,25 мм/об, t— 2,5...3,5 мм. Геометрические параметры режущей части в главной секущей плоскости варьировались в диапазоне: у = 10...20, а - 6...7. Результаты металлографических исследований представлены в виде микрофотографий корней стружек и графических зависимостей параметров резания от кривизны передней поверхности, построенных по результатам обработки линий текстуры зоны стружкообразования (рис. 3.4-3.7). Обработка экспериментальных данных показала, что кривизна участка передней поверхности резца, контактирующего со стружкой, оказывает существенное влияние на деформированное состояние зоны резания. Чем больше отношение толщины среза к радиусу кривизны передней поверхности, тем более отчетливо проявляется уменьшение степени пластической деформации и длины контакта стружки с резцом при увеличении кривизны вогнутой или выпуклой поверхности. Выпуклая поверхность приводит к увеличению радиуса кривизны стружки, вогнутая - к уменьшению.
Создание гаммы режущих пластин универсального назначения с расширенными технологическими возможностями
В настоящее время большинство токарных пластин для обработки пластичных материалов проектируется с учетом завивания стружки в плоскости ее схода. Основным недостатком известных конструкций пластин является их ограниченные технологические возможности. Область допустимых режимов резания, и в первую очередь подач, зависит от положения стружко-завивающего выступа относительно режущей кромки инструмента. Каждому положению выступа соответствует строго определенное оптимальное значение подачи. При переменных условиях обработки увеличение подачи приводит к увеличению сил резания, а при ее уменьшении эффективность дробления стружки резко снижается. Согласно выполненным исследованиям расширение технологических возможностей пластин может быть достигнуто за счет управления пространственным завиванием стружки в трех взаимно перпендикулярных плоскостях.
В соответствии с классификатором стружек для операции точения оптимальной является схема завивания при соотношении вращательных движений («„ ,«s, о, )= 11(-1) (см. рис. 2.22). Анализ различных способов управления формой стружки показал, что наиболее эффективное влияние на изменение степени неоднородности деформированного состояния зоны резания, определяющего параметры винтового движения стружки, оказывает сложнопрофильная геометрия. Максимальный эффект достигается за счет использования резцов с выпукло-вогнутой формой передней поверхности. Стружкозавивающая поверхность выполняется таким образом, что ее поперечные сечения при удалении от вершины пластины изменяются от выпуклой формы до вогнутой с центрами кривизны, расположенными соответственно ниже и выше передней поверхности инструмента. По мере удаления от вершин пластины кривизна стружкозавивающей поверхности 1/R на ее выпуклом участке уменьшается, а на вогнутом увеличивается, величина переднего угла у уменьшается (рис. 4.5) [85]. Значения наименьших радиусов выпуклой и вогнутой поверхности выбирается из условия R, (6...15)aj [67].
Для черновых операций принимается большее значение R/ из указанного диапазона. Величины радиусов промежуточных сечений определяется по обрат но пропорциональной зависимости [86] где Ri,2 радиусы кривизны выпуклой и вогнутой части стружкозавивающей поверхности в крайних сечениях режущей поверхности инструмента; b — длина выпуклой / вогнутой передней поверхности; п — число, характеризующее интенсивность изменения радиуса R вдоль режущей кромки пластины; х — координата оси, совпадающей с главной режущей кромкой пластины с началом в вершине резца. Зависимости кривизны стружкозавивающей поверхности от расстояния х между секущими плоскостями и вершиной режущей пластины показаны на рис. 4.6.
При формировании стружки инструментом с выпукло-вогнутой формой передней поверхности срезаемый слой металла попадает на примыкающую к режущей кромке стружкозавивающую поверхность переменного профиля. Перемещаясь по стружкозавивающей поверхности, слои стружки деформируются в соответствии с формой этой поверхности.
В результате неоднородной по ширине срезаемого слоя деформации продольные слои стружки на выходе из зоны резания принимают различную форму. Слои стружки, формируемые вогнутой частью передней поверхности пластины, завиваются более интенсивно. Слои, перемещающиеся по выпуклой поверхности, завиваются в меньшей степени. Такой характер неоднородного деформирования стружки приводит к ее закручиванию в направлении обработанной поверхности заготовки. В результате сложения трех вращательных движений: в плоскости схода стружки, плоскости передней поверхности и плоскости поперечного сечения стружки, последняя принимает форму винтовой спирали, упирающейся в обрабатываемую поверхность заготовки и движущуюся противоположно скорости ее вращения.
За счет бокового и поперечного завивания стружки ее жесткость увеличивается, что позволяет удалить задние стенки стружкозавивающей поверхности от вершины пластины. Тем самым пластина может быть использована в расширенном диапазоне значений подач.
Для экспериментальной проверки предложенной концепции проектирования были разработаны конструкции и изготовлены опытные образцы СРП.
Технология изготовления СРП включает этапы: 1) разработку твердотельной модели режущей пластины с использованием CAD-систем; 2) разработку конструкции пресс-формы; 3) изготовление пресс-формы; 4) формование; 5) спекание; 6) заточку; 7) нанесение покрытий. Все этапы изготовления СРП кроме этапов спекания и нанесения покрытий были выполнены в лабораторных условиях.
Проектирование пластины осуществлялось в среде SolidWorks. При разработке конструкции пресс-формы учитывались степень уплотняемости формуемого материала и усадка после спекания. Пресс-форма проектировалась с учетом обеспечения хорошего извлечения сформованной заготовки пластины и достаточной прочности. Изготовление пуансона производилось на фрезерном обрабатывающем центре ВА-30 фирмы Heckler&Koch (Германия). Управляющая программа составлялась в САМ-среде UniGraphics. Экспериментальная конструкция пресс-формы показана на рис. 4.7.
