Введение к работе
Актуальность
Токарная обработка материалов является одним из основных методов формообразования в современном отечественном машиностроительном производстве, поэтому повышение ее технико-экономической эффективности остается важной и актуальной научно-технической задачей. Мощный резерв дальнейшего повышения эффективности процесса точения без дополнительных трудовых и материальных затрат создает оптимизация технологических условий его осуществления и, прежде всего, оптимизация режимов резания.
Выбор оптимальных режимных условий осуществления токарных операций должен обеспечивать экстремальное значение одного из критериев оптимизации экономического или технико-экономического характера при выполнении ряда накладываемых технологических ограничений.
Целенаправленный оптимизационный выбор режимов резания должен быть научно обоснованным и базироваться на расчетном методе их определения, особенно в таких ответственных и наукоемких отраслях народного хозяйства, как автомобиле- и судостроение, энергетика, авиационная и космическая промышленность. Применение -в этих машиностроительных отраслях новейших конструкционных и инструментальных материалов, современных износостойких инструментальных покрытий и смазочно-охлаждающих технических средств создает потребность в новых обобщенных математических моделях, достоверно описывающих совокупность физических явлений в зоне струж-кообразования и позволяющих прогнозировать обрабатываемость материалов резанием в различных условиях обработки на стадии конструкторской и технологической подготовки производства.
Таким образом, в современных условиях развития отечественного машиностроения задача научно обоснованного выбора наиболее рациональных по различит критериям оптимизации режимов резания при осуществлении токарных операций является важной и актуальной, представляющей как научный, так и практический интерес.
Учитывая вышеизложенное, цель и задачи исследования можно сформулировать следующим образом.
Цель исследований
Разработка обобщенной теоретика-экспериментальной модели процесса точения для математического обеспечения многокритериальной параметрической оптимизации токарной обработки материалов.
Задачи исследований
-
На основе экспериментального изучения и математического анализа физико-механических и теплофизических явлений, сопровождающих процесс точения, разработать обобщенное критериальное уравне2 ние обрабатываемости металлов резанием, учитывающее широкий комплекс переменных технологических условий токарной обработки, свойства обрабатываемых и инструментальных материалов, а также характерные особенности процесса стружкообразования.
-
На базе вышеуказанного критериального уравнения обрабатываемости материалов резанием получить достоверные аналитические выражения для расчетного определения температурно-силовых, стой-костных и других выходных характеристик процесса точения.
-
Используя установленные аналитические зависимости в качестве математического обеспечения, разработать методику многокритериальной параметрической оптимизации режимов резания при точении. Реализовать полученную' методику в виде автоматизированной системы и провести испытания данной системы в производственных условиях.
Методы исследований
Для решения вышеуказанных задач использовались основные положения теории подобия, теории резания материалов и теплофизики лезвийной обработки, методология полного факторного планирования математических экспериментов, автоматизированные способы статистической обработки экспериментальных данных, а также один из основных методов оптимизации оценочных функций - метод дифференциального исчисления.
Научная новизна
На основе обобщения, теоретико-экспериментальных исследований токарной обработки и математического моделирования физико-механических и теплофизических явлений в зоне стружкообразования разработано обобщенное теоретико-экспериментальное уравнение процессов резания, единое для различных обрабатываемых и инструментальных материалов. Предлагаемая математическая модель процессов резания:
устанавливает функциональную зависимость обрабатываемости материалов резанием от широкого комплекса переменных технологических условий токарной обработки, механических и теплофизических свойств обрабатываемых и инструментальных материалов, а также от особенностей процесса стружкообразования;
позволяет прогнозировать обрабатываемость различных материалов точением в анализируемых условиях обработки на этапе конструкторской и технологической подготовки производства.
С использованием обобщенного уравнения обрабатываемости получен ряд аналитических выражений для определения основных темпе-ратурно-силовых, стойкостных и других выходных параметров процесса резания, на основе которых создана методика многокритериальной параметрической оптимизации токарной обработки материалов.
Практическая ценность и реализация результатов работы
Практическое решение задачи многопараметрической оптимизации токарной обработки материалов (а еиЭе автоматизированной системы "Voptira") позволяет достичь значительного повышения технико-экономической эффективности ее осуществления, сократить трудоемкость проектных работ и сроки освоения новой продукции без дополнительных трудовых и материальных затрат.
Автоматизированная система Voptim, созданная на основе разработанного автором математического обеспечения, подтвердила свою эффективность при ее использовании для оптимизации токарной обработки деталей машин и передана для практического применения на
ОАО "Автодизель" (Ярославский моторный завод);
ОАО "ELDIN" (Ярославский электромашиностроительный завод);
АО "Ярославский завод "Красный маяк";
АО "Ростовский оптико-механический'завод";
АО "Рыбинск-полиграфмаш"
и на ряд других промышленных предприятий города Рыбинска.
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы апробированы
на 9 Всероссийских, 2 Региональных и 5 Международных НТК ("100 лет российскому автомобилю" - Москва, 1996; "Прогрессивные методы проектирования технологических процессов, металлорежущих станков и инструментов" - Тула, 1997; "Проблемы трибологии производства" - Иваново, 1997; Международный конгресс "Наука и молодежь: третье тысячелетие" - Москва, 1996 и др.).
Результаты работы докладывались на научно-методических семинарах кафедры "Станки и инструменты" Рыбинской государственной авиационной технологической академии, а также на научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых РГАТА.
Разработанная автоматизированная система демонстрировалась в 1998 г. на Международной технической выставке "КАН-98" (Франция).
Публикации
По результатам проведенных исследований опубликованы 22 научные работы, включая депонированную рукопись.
Структура и объем диссертации
Работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованных источников (100 наименований) и приложения. Работа содержит 213 страниц машинописного текста, 72 рисунка, 17 таблиц.
В приложении к работе представлены результаты сопоставления расчетов с экспериментальными данными,тексты прикладных программ, акты производственного внедрения разработки.