Введение к работе
Актуальность проблемы. Механика процесса резания является фундаментом науки о резании металлов, в значительной мере определяющим уровень эазвития ее других разделов. Основы механики процесса резания сформирована прежде всего благодаря трудам ученых России и прошли проверку време-
ІЄМ.
Дальнейшее ее развитие, определяющее прогресс в технологии механической обработки, естественно, необходимо. Задачами могут стать уточнение отдельных положений в установившихся границах этой части науки о резании металлов. Нужны исследования по раскрытию особенностей механики процесса резания в приложении к отдельным видам обработки.
Как важное направление, имеющее общее значение, следует рассматривать и выявление особенностей процесса резания со смазочно-охлаждающими жидкостями (СОЖ), учитывая, что они нашли в производстве широкое использование, а основные положения механики процесса резания установлены применительно к обработке в воздушной среде.
Исследования процесса резания с применением СОЖ представлены в большом количестве работ как отечественных, так и зарубежных ученых. Результаты этих исследований способствовали развитию представлений о механизме действия СОЖ. Однако большинство работ посвящено отдельным аспектам процесса резания с применением СОЖ. Существует очевидная необходимость обобщить отдельные сведения с тем, чтобы рассмотреть в целом механику процесса резания в жидких средах, а также связанные с ней вопросы теплофизики, износа инструмента и формирования обработанной поверхности. Это должно заполнить имеющийся пробел в теории резания металлов, создать основу для повышения эффективности применения СОЖ с соответствующим отражением в нормативной документации по назначению режимов резания при работе на металлорежущих станках.
Актуальность работы подтверждена ее выполнением в рамках Государственной научно-технической программы "Технологии, машины и производства будущего", межвузовской программы "Ресурсосберегающие технологии машиностроения" и согласно заданию ГСПКТБ "Оргприминструмент" по Постановлению Совета Министров СССР от 27.12Л984 г. № 1273, ставящим задачу пересмотра нормативов режимов резания.
Цель работы. Раскрытие особенностей механики процесса резания в жидких средах и рассмотрение на полученной основе явлений; сопровожающих этот процесс: теплообразование и теплораспределёние, износ инструмента, формирование обработанной поверхности.
Научная новизна. На основании анализа факторов, отражающих процесс резания, предложены схемы действия СОЖ с учетом ее проникающих и охлаж-даюіцих свойств.
Установлены особенности механики процесса резания в жидких средах, находящие свое выражение в прямом влиянии СОЖ на степень деформации
срезаемого металла, в изменении в широких пределах соотношения между длиной пластического и общего контакта стружки с передней поверхностью инструмента, нарушении пропорциональности между длиной контакта и толщиной среза при постоянной усадке стружки.
Исходя из положений гидродинамики и физики твердого тела построена математическая модель проникновения внешней среды в зону контакта стружки с инструментом, позволяющая в зависимости от условий резания рассчитать толщину слоя среды, попадающую в эту зону.
Дана оценка изменению работы деформации и работы трения под действием СОЖ. Показано, что уменьшение работы стружкообразования обеспечивается в большей мере уменьшением удельной работы деформации.
Теплофизическим анализом определено, что эффективность охлаждающего действия жидких сред достигается в основном благодаря снижению интенсивности теплообразующих потоков.
Раскрыт механизм влияния СОЖ на параметры микропрофиля обработанной поверхности. Установлено, что приращение высоты микронеровностей по отношению к расчетной при изменении состава СОЖ определяется относительной длиной пластического контакта и шириной фаски износа по задней поверхности.
Практическая ценность. Разработаны составы полимерсодержащих смазочно-охлаждающих жидкостей, не уступающие по влиянию на стойкость инструмента и шероховатость обработанной поверхности стандартным эмульсиям и маслам. Полученные композиции соответствуют санитарно-гигиеническим нормам и обеспечивают надежную защиту оборудования от коррозии.
Результаты диссертации использованы при разработке общемашиностроительных нормативов режимов резания для технического нормирования работ на металлорежущих станках и рекомендаций по выбору режимов резания для финишных операций точения, растачивания и торцового фрезерования.
Реализация работы. Созданные составы, позволяющие улучшить условия металлообработки, внедрены и опробованы на предприятиях различных отраслей промышленности: ПО "Кировский завод" (г. Санкт-Петербург), ПО "Иркутский завод тяжелого машиностроения", ОАО "Иркутский станкостроительный завод".
Смазочно-охлаждающая жидкость на основе одного из полимеров выпускается ООО НПК "Пуск" под торговой маркой СОЖ-ВПС.
Полученные результаты используются при чтении курса "Процессы формообразования и инструмент" студентам машиностроительных специальностей университета.
' Автор защищает:
]. Варианты схемы действия СОЖ с учетом ее проникновения в зону резания, охлаждающего эффекта и изменения в связи со всем этим напряженного состояния в зоне стружкообразования.
-
Математическую модель проникновения внешней среды в зону резания под действием вакуума во внутренних полостях, образуемых контактной, поверхностью стружки и передней поверхностью инструмента.
-
Особенности механики процесса резания в жидких средах. ...... ь;
-
Результаты проведенного тегглофизического анализа, показавшего, что эффективность охлаждающего действие жидких сред достигается в значительной степени благодаря снижению тёплообразующих потоков.
-
Связь между контактними процессами, износом инструмента по передней поверхности и шероховатостью обработанной поверхности при использовании СОЖ.
-
Составы смазочно-охлаждающих жидкостей на основе водорастворимых полимеров.
Апробация работы: Основные положения и результаты диссертационной работа были доложены на Международных конференциях: "Смазочно-охлаждающие технологические средства при механической обработке различных материалов" (Ульяновск, 1993 г.); "Экологически чистые технологические процессы в решении проблем окружающей среды" (Иркутск, 1996 г.); "Современные технологии в машиностроении" (Пенза, 1996 г.); "Новые материалы и технологии на рубеже веков" (Пенза, 2000 г.); Всесоюзном научно-техническом совещании "Вопросы теории действия смазочно-охлаждающих технологических средств в процессах обработки металлов резанием" (Горький, 1975 г.); Всесоюзной научно-технической конференции "Повышение производительности и качества механической обработки на машиностроительных предприятиях Сибири и Дальнего Востока" (Иркутск, 1983 г.); Всесоюзном научно-техническом семинаре "Синтез, свойства и применение водорастворимых полимеров" (Ярославль, 1989 г.); Всероссийской научно-технической конференции "Новые химические технологии: производство и применение" (Пенза, 1999 г.); а также на межрегиональных и региональных конференциях в Томске (1970), Иркутске (1983), Красноярске (1996), Пензе (1998).
Результаты диссертационной работы использованы при создании двух справочников общемашиностроительных режимов резания и двух редакций рекомендаций по назначению режимов резания с учетом качества поверхностного слоя изготавливаемых деталей.
Публикации. По материалам диссертации опубликована 41 работа в том числе 3 монографии, 5 авторских свидетельств и один патент.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, восьми глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Она изложена на 352 страницах машинописного текста, включая 143 рисунка и 79 таблиц.