Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
Глава I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ 8
1.1. Характер и механизм износа твердосплавных торцовых фрез... 8
1.2. Основные факторы, влияющие на стойкость твердосплавных торцовых фрез Г7
1.2.I. Влияние элементов режима фрезерования на стойкость твердосплавных
торцовых фрез 18
І22. Влияние на стойкость твердосплавных торцовых фрез их геометрических, и
конструктивных параметров 28
1.2.3. Влияние расположения заготовки относительно фрезы на стойкость фрезы. 33
1.2.4. Вибрации в процессе торцового фрезерования и их влияние на стойкость твердосплавных фрез... 37
1.3. Постановка задач исследования. 40
Глава 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЩОВАБИЯ 42
2.1. Методика исследования составляющих силы резания при торцовом фрезеровании. 42
2.1.1. Конструирование трехкомпонентного динамометра и отладка измерительного стенда. 42
2.1.2. Статическая и динамическая тарировка динамометра 49
2.2. Методика статического и динамического исследования системы СПИД вертикально фрезерного станка (мод.6Н121Г) 55
Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТАВЛЯЮЩИХ СИЛЫ РЕЗАНИЯ КОЛЕБАНИИ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ ОВД И ИЗНОСА РЕЕУЩЕМ ПЛАСТИНЫ... 63
3.1. Условия проведения экспериментов 63
3.2. Исследование параметров составляющих силы резания 64
3.3. Исследование колебаний элементов системы СПИД при резании
3.4, Исследование влияния элементов режимов резания на износ режущих пластин из
сплава КН
Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ РЕЖУЩЕЙ ПРИ ФРЕЗЕРОВАНИИ СЕРОГО ЧУГУНА. 108
4.1. Методика измерения температуры режущей пластины методом частичной радиации 108
4.2,. Тарирование пирометра и проверка влияния паразитных источников излучения на его
показания 112
4.3. Исследование установившегося уровня температуры режущей пластины на дуге
резания. 119
4.4. Исследование динамики температуры режущей пластины при врезании в заготовку... 132
Глава 5. РАЗРАБОТКА ЗАМКНУТОЙ НЕЛИНЕЙНОЙ ДИНАМИЧЕСКОЙ
МОДЕЛИ ВЕРТИКАЛЬНО-ФРЕЗЕРНОГО СЙНКА И ЕЕ АНАЛИЗ НА АШ 141
5.1 Экспериментально-расчетное определение параметров динамической модели вертикально фрезерного станка (мод.6Н12П). 141
5.2. Моделирование составляющих сил резания... 160
5.3. Моделирование нелинейных функций жесткости... 164
5.4. Моделирование динамической характеристики резания... 166
5.5. Моделирование нелинейности изменения вертикальной составляющей силы резания от относительного смещения инструмента и обрабатываемой поверхности... 171
5.6. Анализ процесса резания на электронной модели 175
ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 186
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1
Введение к работе
Одним из направлений экономии дефицитного вольфрама при металлообработке является применение безвольфрамовых твердых сплавов (БВТС), в том числе, сплавов, изготовляемых на основе карбонитридов титана.
В решениях ХХУІ съезда КПСС указано на необходимость производства "...в широких масштабах новых видов инструмента, в том числе... безвольфрамовых твердых сплавов"- .
В настоящее время советская промышленность освоила выпуск нескольких марок БВТС, среди которых наибольшее распространение получили сплавы KHT-I6 и ТН-20.
Исследования последних лет показали возможность замены твердых сплавов, содержащих вольфрам, безвольфрамовыми твердыми сплавами для ряда операций при обработке стали и некоторых сплавов. Доказана также возможность успешного использования сплавов ТН-20 и KHT-I6 для черновой обработки чугуна. Однако пока отсутствует достаточно широкая экспериментальная база для того, чтобы сделать вывод о целесообразности применения этих сплавов для чистовой обработки чугуна, в первую очередь, для чистового торцового фрезерования. Особенности физико-механических свойств титановых твердых сплавов заставляют обратиться к более детальному изучению динамичеоких и температурных явлений, происходящих при прерывистом резании, в частности, при торцовом фрезеровании. Решение этих вопросов будет способствовать расширению области применения безвольфрамовых твердых сплавов.
На основе анализа литературных данных были поставлены основные задачи исследования:
I. Разработать методику измерения постоянных и переменных значений составляющих силы резания при торцовом фрезеровании,
2. Разработать малоинерционную методику измерения температуры режущей пластины в процессе резания,
3. Изучить силовые и температурные явления, возникающие при чистовом торцовом фрезеровании серого чугуна режущими пластинами из сплава KHT-I6.
4. Оценить стойкость сплава KHT-I6 при этом виде обработки и определить условия его возможного применения,
5. Разработать нелинейную электронную модель замкнутой динамической системы вертикально-фрезерного станка и исследовать ее на АШ.
Решение указанных задач позволило выявить закономерности изменения постоянных и переменных значений составляющих силы резания при чистовом торцовом фрезеровании серого чугуна режущими пластинами из сплава КБТ-І6 при варьировании элементов режимов резания При этом было доказано, что колебательный процесс при чистовом торцовом фрезеровании чугуна должен рассматриваться как процесс случайных колебаний в условиях тренда среднего значения и оцениваться по среднему квадрату процесса, пропорциональному мощности колебаний. Поэтому путем обработки на ЭВМ заранее дис-кретизированшх и преобразованных в цифровую форму аналоговых сигналов исключался тренд среднего значения составляющих, производился гармонический анализ в диапазоне частот от 20 до 240 Гц и вычислялись средние значения и средний квадрат колебательного процесса составляющих силы резания.
Установлено, что изменение элементов режимов резания оказывает на мощность колебательного процесса более сильное влияние, чем на средние значения составляющих силы резания. Подача на зуб оказывает однозначное и достаточно сильное влияние на мощность колебаний всех 3-х составляющих, глубина резания оказывает также сильное влияние на мощность колебаний тангенциальной и вертикальной составляющих, а скорость резания только на тангенциальную составляющую. Причем увеличение подачи и глубины резания вызывает рост мощности колебательного процесса, а увеличение скорости резания приводит к ее уменьшению.
Установлен критерий стойкости сплава КЕГ-І6 при чистовом торцовом фрезеровании серого чугуна ( (\$ = 0,35 мм). Намечена область возможного применения сплава КНМ6 для торцового чистового фрезерования с учетом невысоких абсолютных значений стойкости этого сплава (12...18 минут): отанки о ЧПУ типа "обрабатывающий центр11 с автоматической сменой инструмента, имеющих высокую стоимость станкоминуты работы Значения элементов режимов резания должны быть следующими: скорость резания около 230 м/мин, подача на зуб - 0,06...0,07 мм/зуб, глубина резания 0,35...0,5 мм.
Была изучена зависимость от элементов режимов резания установившегося значения температури в различных точках поверхностного слоя режущей кромки, прилегающих к вершине режущей пластины, а также динамики температуры при врезании инструмента в заготовку и при его выходе. Установлено, что температура режущей кромки в точке ее максимального значения в процессе резания определяется, в первую очередь, скоростью резания. При варьировании скорости от 90,7 до 228,6 м/мин температура увеличивается на 9І...І36°С при различных сочетаниях других независимых факторов - подачи на зуб и глубины резания. Еще большее влияние оказывает скорость резания на градиент температуры вдоль режущей кромки: для сплава КБТ-І6 указанное варьирование скорости резания приводит к увеличению градиента в 2,2...3,3 раза, а для сплава ВК8 - более, чем в 10 раз. Установлено также, что при врезании в заготовку интенсивность возрастания температуры режущей пластины достигает значе -7 яий порядка I06 °С/с, в то время как при выходе пластины из заготовки ее температура падает во много раз медленнее. Можно предположить, что именно подобный "тепловой удар" при врезании, способствуя процесоу трещинообразования, является важным фактором снижения стойкости твердосплавных пластин при прерывистом резании.
Многофакторные эксперименты, проведенные по единой матрице планирования, позволяют заключить, что на интенсивность износа сплава КВТ-16 отрицательное влияние оказывают: увеличение мощности низкочастотных колебаний составляющих силы резания и размаха высокочастотных виброускорений резцовой вставки, а также увеличение температуры режущей пластины и рост градиента температуры вдоль режущей кромки, причем при изменении значений подачи на зуб и глубины резания доминирующими факторами, влияющими на износ, являются силовые, а при изменении скорости резания - температурные.
Статические и динамические исследования системы СІВД вертикально-фрезерного станка 6НІ2П позволили разработать нелинейную динамическую модель станка с семью степенями свободы, которая затем путем анализа была упрощена до модели с тремя степенями свободы. Анализ упрощенной динамической модели на АВЛ показал, что она адэкватно отражает динамические процессы, происходящие при торцовом фрезеровании.
Использование разработанных методик экспериментального исследования и обработки экспериментальных данных, а также результаты моделирования могут способствовать более обоснованному выбору марок безвольфрамовых твердых сплавов и области их применения.