Введение к работе
Актуальность,,работы. Одним из важнейших выходных параметров системы резания, определяющий в значительной стопани качество обработанной детали, является шероховатость поверхности. Проблема шероховатости обработанной поверхности, получаемой лезвий-ньа:я инструментами, приобретает особую важность при переходе к сверхтонким технологиям обработки целого ряда деталей, в частности прецизионных пар трения, оптических поверхностей и целого ряда других. В связи с этим исключительную актуальность приобретает раскрытие механизма формирования Микронеровностей поверхности, особенно, носящих случайный характер.
К настоящему времени существует единственная четкая концеп ция формирования регулярной составляющей шероховатости как системы остаточных гребешков - следов перемощения резца на обработанной поверхности. Что касается случайной составляющей, удельный вес которой в суммарной шероховатости достигает 80...90. то здесь имеется лишь богатейший экспериментальный материал и отличная система его математической обработки. Физический же механизм ее становления практически не изучался» Раскрытие этого механизма Позволяет установить функциональную связь и найти передаточную функцию цепи ''входные параметры системы резания - шероховатость поверхности", которая до настоящего времени является разомкнутой. Решение такой задачи позволит совершенствовать управление системой резания.
Цель работы - решение научно-технической проблемы управления шероховатостью обрабатываемых деталей; научное обоснование и теоретический анализ процессов, происходящих в зоне формирования микронеровностей обработанной поверхности; разработка способов практического использования полученных теоретических результатов.
Методы исследования. В работе используются методы анализа гидромеханических явлений в жидких средах, гидравлического моделирования, математического моделирования, теории марковских цепей, теории принятия решений, теории вероятности и математической статистики, а такте экспериментальные методы изучения поверхностей с помощью электронного сканирующего микроскопа и лазерного профилеграфа.
Автор защищает технологические основы управления шероховатостью поверхности в системе резания, включающие:
n — О —
Г. Концепцию формирования шероховатости поверхности при лез-> вийной обработка, позволяющую описать мэханизм образования случайных отклонений микропрофиля и идентифицировать причины этих отклонений.
-
Теоретические основы реологии контактного слоя поверхности резания.
-
Закономерности формирования случайных отклонении кикро-профиля в результате нестационарных продессов в контактном слое.
-
Методику расчета величины случайной компоненты Шероховатости обработанной поверхности.
-
Математическую модель для определения величин и характера рсапределения контактных Напряжений на задней Поверхности инструмента.
-
Методику экспериментального определения сил и контактных напряжений, действующих на задней поверхности инструмента.
-
Показатель К у- для сравнительного анализа микропрофилей обработанных поверхностей.
-
Теоретическую И экспериментальную методики сравнительного анализа микропрофилей обработанных поверхностей.
-
Экспериментальную методику визуального исследования и идентификации обработанных поверхностей.
-
Теоретическую и экспериментальную Методики исследования влияния входных параметров системы резания На шероховатость обработанной поверхности.
-
Результате теоретических и экспериментальных исследований закономерностей формирования шероховатости поверхности при лезвийной обработке.
-
Практические способы управления системой резания по параметру шероховатости обработанной поверхности.
На^чная_новияна. В работе впервые проведен анализ контактных процессов на задней поверхности инструмента на основе гидромеханики неныотоновских жидкостей.
Показано, что прирезцовый слой обрабатываемой поверхности в результате диссипации механической энергии, накопления латентной энергии и перехода в возбужденное состояние приобретает свойства как кристаллического твердого тела, так и чглдкости, находясь в фазе, соответствующей жидкостям Бингама-ШкедоЕа,
Разработаны основы реологии контактного слоя и проанализированы закономерности его течения на оснои модели Кузтта.
_ 4 -
Выведены формулы для расчета составляющей шероховатости, образующейся в результате нестационарных процессов при течении * контактного слоя.
На основе теории выбросов случайных Процессов предложен надежный и простой для инженерных расчетов Критерий количественной оценки расхождения реальной и теоретической шероховатостей.
Впервые проведен анализ распределения контактных напряжений На задней поверхности инструмента методом математического моделирования.
Разработаны оригинальные методики экспериментального определения сил на задней поверхности инструмента и измерения отклонений реального профиля шероховатости от теоретически заданного.
Научно обоснованы способы управления шероховатостью обработанной поверхности путем изменения граничных условий в подрезцо-вом контактном слое.
Ррактическая ценность. В результате проведенных исследований разработана концепция формирования шероховатости обработанной поверхности в вяэкотекучем контактном слое под задней поверхностью инструмента. Полученные результаты позволяют количественно Оценить величину этой шероховатости.
Разработан научно обоснованный способ управления шероховатостью за счет изменения условий трения на границах вязкотекуче-го слоя. Практически это осуществляется путем нанесения соответствующих покрытий на рабочие поверхности инструмента. Применение ' таких покрытий в соответствии с приведенными в работе рекомендациями позволяет уменьшить высоту добавочных микронеровностей в 2-2,5 раза без снижения производительности процесса резания.
Предложенный в работе способ измерения сил и контактных на- пряжений на задней поверхности инструмента позволяет оперативно в условиях заводской лаборатории с минимальными затратами труда производить выбор инструментального материала или вида покрытий режущего инструмента с целью управления качеством поверхности по параметру шероховатости для конкретной поверхности и обрабатываемого материала.
Вероятностный критерий сравнительной оценки шероховатости поверхности используется при разработке схем управления технологическим процессом с цехью получения заданных параметров шероховатости обработанной поверхности.
Для практического использования предложенных в работе методик разработаны пакеты прикладных программ, реализуемых инструментальными средствами современных персональных ЭВМ и позволявших в комплекса с автоматизированными системами проектирования технологических процессов оптимизировать технологический процесс по параметру качества поверхности.
В работе сделан первый шаг по созданию теоретических предпосылок для использования профилограммы поверхности как закодированной полной характеристики поведения системы резания в конкретных производственных условиях.
Реализация результатов. Результаты работы вн-лрены на Киевском производственном объединении "Большевик" при обработке плоских и внутренних цилиндрических поверхностей, на Киевском производственном авиационном объединении при обработка наружных и внутренних Цилиндрических поверхностей в деталях из алюминиевых и титановых сплавов, на польской фирме " по контракту на продажу технологии и оборудования для нанесения покрытий на быстрорежущие и твердосплавные инструменты.
Результаты исследований используются при проведении учебного процесса на кафедре технологии машиностроения Киевского политехнического института, на факультете гибких производственных систем и порошковой металлургии Межотраслевого института повышения квалификации, На кафедре автоматизированного оборудования Воронежского политехнического института, в Институте Технологии машиностроения Вроцлавской политехники (Польша).
Годовой вяономический оффект от внедрения результатов рабе ты составляет 230 тыс.рублей (по состоянию на 23.12.91г.), стоимость технологической Части контракта составляет 100 млн. злотых.
Апробация результатов. Основные результаты работы докладывались и обсуядались на научно-технических конференциях по новы' достижениям и перспективам развития в области резания металлов (РДЭНГП, Киев, 1975-1977 гг.), Первом международном симпозиуме "Трибология" (Аннаба-Лион, 1934 г.), Украинской научно-технической конференции "Прогрессивные процессы механической обработки неметаллических материалов" (Алуїчта, 1990 г.), Украинской научно-технической конференции "ilj огроссивнке технологические процессы в механосборочном производстве" (Херсон, 1991 г.), ГУ УГальне-
ЕОГТОЧНОИ НаУЧНО-ТРХНЛЧОСНОЙ КОНфсреНЦИИ "САГ? И НЗДетЧОСТЬ 1БТТ-
-в -
матизированного производства в машиностроении" (Владивосток, 1990 г.), Ежегодной Всепольской конференции "Исследования в области технологии машиностроении и металлорежущих станков" (Йлярска ПоремСа, 1967 г.), открытом научном семинаре кафедры технологии и автоматизации машиностроения ВШ (Воронеж, 1991 г.), семинаре "Проблэмы технологии резания" (Вроцлав, 1991 г.), Третьей международной конференции Р!М8'9І (.Ухань, КНР, 1991 г.), а также на научных семинарах кафедры технологии машиностроения Киевского политехнического института в j.985-1991 гг.
Публикация .результатов. Основные результаты работы изложены и опубликованы в 37 научных трудах, среди которых 2 книги, З брошюрьіі 2 авторских свидетельства.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, сПиска литературы из 150 наименований и приложений. Работа содержит 295 страниц, в том Числе Slid страниц текста, 94 рисунка^ б таблиц.
