Введение к работе
Актуальность проблемы. В современном машиностроении применяется высокоскоростное и высокопроизводи- -тельное оборудование, позволяющее интенсифицировать режимы резания.Это приводит к увеличению уровня вибраций в технологической системе. Как следствие, снижается качество обработанных поверх-' ностей. В условиях чистовой и получистовой обработки это заставляет снижать режимы резания, что экономически нецелесообразно.
Для того, чтобы максимально использовать возможности современного оборудования, применяют различные методы борьбы с вибрациями (в частности, повышают жесткость станков и станочных приспособлений, используют различные виды демпферов).
Но применение традиционных методов гашения вибраций не всегда возможно и экономически оправдано, особенно в условиях единичного и мелкосерийного производства, где широкая номенклатура выпускаемых деталей расширяет частотные и амплитудные диапазоны вибраций.
В этих условиях технологическая система должна обладать универсальностью с точки зрения снижения вибраций. Перспективным методом решения проблемы является применение виброустойчивого инструмента, улучшение динамических характеристик которого достигнуто за счет использования в конструкции корпуса композиционного материала, обладающего повышенной демпфирующей способностью.
В настоящей диссертации разработана сборная торцовая фреза, корпус которой содержит демпфирующее кольцо из композиционного материала, повышающее виброустойчивость инструмента.
Работа проведена в соответствии с планом научно-исследовательских работ по теме "Проектирование конструкций корпусов режущего инструмента с высокой демпфирующей способностью" (шифр проблемы 52.SH.P2).
Цель работы. Целью работы является улучшение качества обработки плоских поверхностей за счет снижения вибраций в системе "инструмент-заготовка" на основе применения разработанной виброустойчивой конструкции торцовой фрезы.
Для достижения указанной цели необходимо было решить следующие задачи:
разработать состав и способ приготовления композиционного материала, обладающего высокими демпфирующими свойствами при достаточной прочности;
оценить пригодность разработанного материала для использования в конструкциях корпусов режущего инструмента на основании экспериментальных исследований его свойств;
теоретически и экспериментально обосновать виброустойчивую конструкцию торцовой фрезы с комбинированным корпусом;
оценить степень влияния динамических характеристик разработанного инструмента на шероховатость обработанных поверхностей при различных условиях обработки;
разработать технологию и оснастку для изготовления комбинированного корпуса торцовой фрезы.
Автор защищает:
-
Математическую модель для оценки прочности корпуса торцовой фрезы, содержащего демпфирующее кольцо из композиционного материала.
-
Результаты экспериментальных исследований свойств разработанного композиционного материала, применяемого для образования демпфирующего кольца в конструкции корпуса торцовой фрезы.
-
Результаты экспериментальных исследований влияния динамических свойств разработанной торцовой фрезы на шероховатость обработанных поверхностей.
-
Технологию изготовления комбинированного корпуса торцовой фрезы.
Общая методика исследования. В работе использовались теоретические и экспериментальные методы исследований. Поставленные в работе теоретические задачи решались с применением методов механики деформируемого твердого тела, высшей математики. При решении задач, связанных с оценкой напряженно-деформированного состояния демпфирующего кольца,применены: быстро сходящийся итерационный алгоритм Шварца; метод граничных представлений, основывающийся на формулах комплексного представления Колосова-Мусхелишвили; метод суперпозиции полей. Прочностной расчет конструкции проведен на основании критерия прочности Г.А.Гениева, В.Н.Киссюка.
Определение мгновенно-упругих характеристик разработанного материала проводилось посредством волновых экспериментов с использованием цифрового запоминающего осциллографа типа 4084
фирмы " GOULD " и комплекта аппаратуры (пьезоэлектрические акселерометры типа 4374, усилители заряда типа 2626, ударный молоток типа 8202 со встроенным датчиком силы типа 8200) фирмы "Брюль и Къер".
Оценка демпфирующих свойств разработанной торцовой фрезы и образцов из композиционного материала проводилась по методу логарифмического декремента колебаний при помощи анализатора сигналов типа 2032 фирмы "Брюль и Къер".
Для проведения оценки степени влияния динамических характеристик разработанного инструмента на шероховатость обработанных поверхностей была собрана экспериментальная установка на базе универсального горизонтально-фрезерного станка модели 6Н83. Измерение шероховатости проводилось с помощью профилографа-профи-лометра модели 201 завода "Калибр".
Построение эпюр и полей напряжений, оценивающих напряженно-деформируемое состояние корпуса торцовой фрезы с демпфирующим кольцом, а также расчет коэффициентов запаса прочности корпуса инструмента, производились с применением ПЭВМ типа IBM PC/AT PENTIUM .
Научная новизна заключается в разработке, теоретическом и экспериментальном обосновании виброустойчивой конструкции торцовой фрезы с корпусом, содержащим демпфирующее кольцо из композиционного материала, технологии ее изготовления и эксплуатации.
Практическая ценность. Разработана и реализована виброустойчивая конструкция торцовой фрезы с демпфирующим кольцом из композиционного материала. Экспериментально установлено, что применение разработанного инструмента при чистовом и получистовом торцовом фрезеровании позволяет на 16...38 % снизить шероховатость обработанных поверхностей.
Внедрение виброустойчивой торцовой фрезы при чистовой и по-лучистовой обработке заготовок из стали 45 позволяет повысить производительность фрезерования без ухудшения шероховатости обработанных поверхностей за счет увеличения подачи до двух раз по сравнению со стандартной фрезой.
Разработанная математическая модель может быть использована для оценки прочности конструкций режущего инструмента типа фрез, содержащего демпфирующую вставку из композиционного материала.
Разработан и исследован композиционный материал, который мо-
жет быть использован не только в конструкциях державок и корпусов режущего инструмента, но и в качестве наполнителя в ряде других конструкций.
Реализация работы. Отдельные положения работы приняты к промышленному внедрению на ГНПП "Сплав".
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на двух ежегодных конференциях профессорско-преподавательского состава ТулГУ (1995 - 1996 г.г.).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 4 статьи.
