Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ состояния проблемы. Цель и задачи исследования .11
1.1. Конструкции инструмента и инструментальные материалы, применяемые для обработки труднообрабатываемых композиционных материалов 11
1.2. Требования, предъявляемые к фрезерному инструменту для обработки труднообрабатываемых материалов 15
1.3. Причины изнашивания фрезерного твердосплавного инструмента 16
1.4. Процесс износа твердосплавного инструмента при фрезеровании кромок ДСтП 24
1.5. Методы повышения износостойкости инструментальных материалов 25
1.6. Возможности совершенствования конструкций дереворежущего инструмента 29
Выводы по первой главе 31
2. Методики проведения исследований 33
2.1. Приборы, оборудование, оснастка, материалы для проведения исследований 33
2.2. Методы определения износа режущего инструмента 35
2.3. Факторы, влияющие на процесс фрезерования 39
3.3.1. Выбор постоянных факторов 40
3.3.2. Выбор переменных факторов 42
2.4. Определение необходимого количества измерений 43
2.5. Определение шероховатости поверхности при фрезеровании ДСтП 44
2.6. Определение критерия затупления 44
2.7. Выбор метода математического планирования и построение матрицы планирования 46
2.8 Расчёт напряженного состояния материала резца вблизи режущей кромки при затачивании 51
2.8.1 Математическая постановка задачи о напряженно-деформированном состоянии материала режущего элемента вблизи режущей кромки 53
2.8.1.1. Основные допущения 53
2.8.1.2. Формализация задачи, выбор координатной системы...54
2.8.1.3. Уравнение равновесия и краевые условия в декартовой системе координат 55
2.8.1.4. Уравнение равновесия и краевые условия в полярной системе координат 58
2.8.2. Решение классической задачи о нагруженном состоянии материала резца в окрестностях острой режущей кромки 60
2.8.2.1. Сосредоточенная нагрузка на острие клина 60
2.8.2.2. Действие на режущий элемент распределенной нагрузки постоянной интенсивности 64
2.8.2.3. Действующая нагрузка на режущий элемент, изменяющаяся по линейному закону 67
2.8.3. Результаты расчёта напряжённо-деформированного состояния режущей кромки при заточке инструмента 70
Выводы по второй главе 74
3. Исследование стойкости инструментального материала 77
3.1 Влияние режимов резания и геометрии режущего элемента на стойкость дереворежущего инструмента, оснащенного твёрдым сплавом марки ВКЗМ 77
3.1.1. Результаты исследования зоны оптимума 77
3.1.2. Результаты исследований по плану второго порядка 81
3.1.3. Расчёт коэффициентов регрессии и построение квадратичной модели 82
3.1.4. Проверка адекватности полученной модели 85
3.2. Влияние переменных факторов на стойкость дереворежущего инструмента, оснащённого твердым сплавом марки ВКЗМ при обработке ДСтП 86
3.2.1. Анализ стойкости дереворежущего инструмента в зависимости от скорости резания 86
3.2.2. Анализ стойкости дереворежущего инструмента в зависимости от продольной подачи 93
3.2.3. Анализ стойкости дереворежущего инструмента в зависимости от глубины резания 100
3.2.4. Анализ стойкости дереворежущего инструмента в зависимости от угла заострения режущего элемента 107
Выводы по третьей главе 114
4. Исследования шероховатости обработанной поверхности 115
4.1. Влияние режимов резания и геометрии режущего инструмента на качество обработанной поверхности ДСтП марки П-1 115
4.1.1. Результаты исследования зоны оптимума 115
4.1.2. Результаты исследований по плану второго порядка 118
4.1.3. Расчёт коэффициентов регрессии и построение квадратичной модели 119
4.1.4. Проверка адекватности полученной модели 121
4.2. Влияние переменных факторов на шероховатость обработанной поверхности 123
4.2.1. Влияние скорости резания на шероховатость обработанной поверхности 123
4.2.2. Влияние продольной подачи на шероховатость обработанной поверхности 130
4.2.3. Влияния глубины резания на шероховатость обработанной поверхности 137
4.2.4. Влияние угла заострения режущего элемента на шерохова тость обработанной поверхности 143
Выводы по четвёртой главе 150
5. Разработка программы и рационализация процесса фрезерования труднообрабатываемых композиционных материалов твёрдо-сплавным инструментом. Рекомендации 152
5.1. Программа для расчёта рациональных значений режимов резания и угла заострения режущего элемента 153
5.1.1. Общий вид и назначение программы 153
5.1.2. Настройка программы 154
5.1.3. Ввод данных и результаты расчета программы 158
5.2. Алгоритм расчета режимов резания и угла заострения режущего элемента 159
5.3 Рекомендации по затачиванию мелкозернистого твердосплавного инструмента для обработки композиционных материалов 163
Выводы по пятой главе 165
Заключение 167
Список литературы 170
Приложение 187
- Требования, предъявляемые к фрезерному инструменту для обработки труднообрабатываемых материалов
- Выбор метода математического планирования и построение матрицы планирования
- Влияние переменных факторов на стойкость дереворежущего инструмента, оснащённого твердым сплавом марки ВКЗМ при обработке ДСтП
- Влияние угла заострения режущего элемента на шерохова тость обработанной поверхности
Введение к работе
На сегодняшний день отмечается существенный рост потребительского спроса на изделия для изготовления, которых широко применяются слоистые пластики, стеклотекстолит, ДСтП, ЦСП, твердолиственные породы древесины и др. Эти материалы отличаются трудной обрабатываемостью, поэтому для достижения требуемого качества изготовленных из них деталей и высокой производительности процесса обработки, необходимо использовать инструменты, обладающие высокой стойкостью. Однако износостойкость современного деревообрабатывающего инструментов не всегда соответствует требованиям производства. Учитывая большое разнообразие конструкций инструментов на любом предприятии, наиболее рациональным является обеспечение их экономически целесообразной износостойкости и качества изготавливаемых изделий.
Решению вопросов качества обработанной поверхности и производительности процесса резания посвящены многочисленные работы отечественных и зарубежных авторов в различных направлениях. Изучению процессов обработки композиционных материалов и нахождению путей повышения качества выпускаемой продукции и производительности дереворежущего инструмента большое внимание уделено как учёными деревообработчиками: Аб-разумов В.В., Амалицкий В.В., Боровиков Е.М., БулгаевА.М., Воскресенский С.А., Грубэ А.Э., Демьяновский К.И., Зотов Г.А., Ивановский Е.Г., Кряжев Н.А., Моисеев А.В., Памфилов Е.А., Пижурин А.А., Санев В.И., Киров В.А., Квачадзе Т.Д. и другие, так и машиностроителями: Т.Н. Лоладзе, М.Б. Гордон, И.А. Ординарцев, В.Ф. Бобров, В.А. Гречишников, В.И. Грановский, В.Г. Грановский, В.Н. Андреев, В.М. Андреев, В.М. Башков, Л.Г. Дибнер, И.П. Захаренко, Ю.Я. Савченко, Г.М. Ипполитов, В.И. Баранчиков, А.Г. Суслов и др. Однако и по сей день эта проблема не решена в полной мере и не теряет своей актуальности.
Одним из путей решения недостаточной износостойкости инструмента при обработке труднообрабатываемых композиционных материалов (слои-
7 стые пластики, стеклотекстолит, ДСтП, ЦСП), является применение новых
инструментальных материалов, таких как безвольфрамовые твердые сплавы,
металлокерамика и сверхтвердые материалы (КНБ, Алмаз) [1, 6, 165]. Однако,
использование таких инструментальных материалов затруднительно из-за их
физико-механических свойств и малых углов заострения, необходимых для
получения высокого качества обработанной поверхности.
Другим эффективным путем повышения износостойкости инструментов является упрочнение традиционных инструментальных материалов путём нанесения износостойких покрытий, а также лазерное упрочнение, электроис-кровое легирование, ионно-плазменное упрочнение, обкатка роликами или шариками [12, 62, 65, 83,90].
Также решение проблемы износостойкости возможно за счёР рационального выбора режимов резания, угловых параметров и начальной микрогеометрии инструмента, которые ведут к снижению контактных нагрузок на поверхность лезвия [60, 164, 176].
Вышесказанное позволяет сделать вывод, что существующий инструмент при обработке композиционных материалов обладает недостаточной износостойкостью, что сказывается на производительности и качестве выпускаемой продукции. Поэтому задача улучшения эксплуатационных свойств инструмента для резания труднообрабатываемых композиционных материалов является весьма актуальной.
Диссертационная работа направлена на повышение эксплуатационных характеристик фрезерных деревообрабатывающих инструментов и качества обрабатываемых ими изделий за счёт совершенствования фрезерного инструмента для обработки композиционных материалов и рациональных режимов обработки.
Теоретические исследования выполнены на основе меюдов классической теории упругости и методов математического планирования экспериментов.
Экспериментальные исследования производились в лабораториях ка-
8 федры «Технология машиностроения» ГОУ ВПО БрГУ по схеме многофакторного эксперимента второго порядка и включали в себя исследование стойкости фрезерного инструмента и качества обработанной поверхности в зависимости от режимов резания и геометрии режущей части, а также силы резания в зависимости о г метода затачивания режущих элементов.
Вычисления проводились в среде EXCEL и MathCAD, а программирование в среде Visual Basic.
Научная новизна работы:
разработана методика определения напряжений режущей части инструмента и методика определения критических напряжений вблизи главной режущей кромки при различных схемах затачивания фрезерного инструмента, оснащенного твердосплавным мелкозернистым сплавом, позволяющая определить величину разрушения режущей кромки инструмента;
впервые получены математические модели зависимости стойкости мелкозернистого твердосплавного инструмента и шероховатости обработанной поверхности от режимов резания и угла заострения режущих элементов при обработке композиционных древесных материалов;
установлены рациональные режимы и условия подготовки режущего инструмента к работе, обеспечивающие высокое качество режущего инструмента и производительность обработки композиционных древесных материалов.
На защиту выносятся:
методика расчета критических напряжений при затачивании твёрдо-сплавного инструмента различными методами;
результаты экспериментальных исследований стойкое їй фрезерного твердосплавного инструмента при резании труднообрабатываемых композиционных материалов (ДСтП);
результаты экспериментальных исследований качества обработанной поверхности в зависимости от режимов резания и геометрии режущего инст-
9 румента;
программа расчета рациональных режимов резания и геометрии режущего инструмента для заданных значений стойкости инструмента, качества обработанной поверхности и производительности процесса фрезерования.
Результаты работы апробированы и внедрены на ЗАО "БДЗ", ООО "Сибирская лесная компания", ОАО "СибЫИИстройдормаш" им. А.Б. Су-ховского и Центральном конструкторском бюро "Геофизика", а также представлены на выставках с международным участием, "Инновация: экономика, социальная сфера, наука, образование". (Иркутск, 2004 г.), "Сиб-лесопользование. Деревообработка". (Иркутск, 2004 г.), "Инновации для экономики и социальная сфера". (Иркутск, 2005 г.), "Сиблесопользование. Деревообработка". (Иркутск, 2005 г.), "Инновации для экономики и социальная сфера". (Иркутск, 2006 г.), "Лес. Деревообработка. Мебель". (Томск, 2006 г.), "Сиблесопользование. Деревообработка". (Иркутск, 2006 г.), "Лес. Деревообработка. Мебель". (Томск, 2007 г.) и "Сиблесопользование. Деревообработка". (Иркутск, 2007 г.).
Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы, включающего в себя 180 наименований, 2 приложений, актов производственных испытаний и внедрения. Основной текст содержит - 186 с, 62 рисунка, 82 таблиц.
В первой главе диссертационной работы приведён аналитический обзор литературы и производственного опыта по вопросам обработки труднообрабатываемых композиционных древесных материалов (ДСтП, ЦСП и т.д.), где рассматривался инструмент и инструментальные материалы, используемые при обработке таких материалов. Анализировались оценочные характеристики процесса резания древесных материалов и вопросы износа режущего инструмента и методы повышения износостойкости режущего инструмента. Установлено, что инструмент, используемый при обработке композиционных древесных материалов, обладает недостаточной износостойкостью, а современные методы повышения износостойкости не всегда
10 дают ожидаемый результат.
Вторая глава посвящена методикам проведения исследований. Даётся описание условий проведения экспериментов, приборов, оборудования, оснастки и материалов для проведения исследований. Представлена методика планирования экспериментов исследования стойкости мелкозернистого инструментального материала марки ВКЗМ и шероховатости обработанной поверхности в зависимости от параметров фрезерования. Раскрывается метод расчёта напряжённо-деформированного состояния инструментального материала при подготовке его к работе в окрестностях вершины плоского клина и пример конкретного расчета, для которого в качестве краевых условий используются данные, представленные в литературе и собственные экспериментальные данные исследования сил резания.
В третьей главе излагаются результаты экспериментальных исследований стойкости мелкозернистого инструментального материала марки ВКЗМ при обработке труднообрабатываемого композиционного материала ДСтП марки П - 1, в зависимости от параметров фрезерования (скорость резания, подача, глубина резания, угол заострения режущей кромки).
В четвертой главе представлены результаты экспериментальных исследований шероховатости обработанной поверхности фрезерным инструментом оснащённым инструментальным материалом марки ВКЗМ при обработке труднообрабатываемого композиционного материала ДСтП марки П - 1, в зависимости от параметров фрезерования.
В пятой главе описана разработанная программа, предназначенная для расчёта рациональных параметров фрезерования, обеспечивающих заданное значение периода стойкости, шероховатости обработанной поверхности и производительности процесса фрезерования. А также выработаны рекомендации по затачиванию мелкозернистого инструментального материала, предназначенного для обработки композиционных древесных материалов марки П - 1.
Требования, предъявляемые к фрезерному инструменту для обработки труднообрабатываемых материалов
Качество выпускаемой продукции, производительность, эффективность использования оборудования в значительной мере зависят от качества режущего инструмента. Одним из основных требований стандартов и технических условий является требование к точности инструмента. Изготовление инструмента с абсолютно точными параметрами невозможно. В реальных условиях производства и эксплуатации инструмента неизбежны отклонения от номинальных (заданных) параметров, называемые погрешностями. Основные технические требования к насадным фрезам: радиальное биение зубьев 0,05 мм, торцевое биение боковых граней зубьев на сторону 0,04 мм, отклонение контурных углов ± 2, шероховатость передних, задних и боковых поверхностей зубьев Rd = 0,32 мкм [17, 144]. Прочность является важным фактором, обеспечивающим безопасную работу дереворежущего инструмента. Определяющими нагрузками для дереворежущего инструмента, работающего при больших частотах вращения, являются центробежные силы. Поэтому в большинстве случаев выполняют проверочные расчеты инструмента на прочность от действия центробежных сил [10]. Неуравновешенность инструмента является одним из источников вибрации и шума при работе деревообрабатывающего оборудования. При конструировании инструмента стремятся придать ему такую форму, чтобы он был уравновешен. Для определения дисбаланса и его устранения проводят статическую и динамическую балансировку [130]. 1.3. Причины изнашивания фрезерного твердосплавного инструмента При обработке труднообрабатываемых композиционных материалов на стойкость режущего инструмента могут оказывать влияние следующие факторы [5, 62, 887, 119]: 1) материал резца и его свойства; 2) условные параметры резания; 3) параметры микрогеометрии режущей части инструмента; 4) порода древесины; 5) влажность; 6) плотность; 7) кислотное число древесины; 8) вид фрезерования; 9) скорость резания; 10) толщина стружки; 11)путь резания; 12) глубина резания; 13) длина стружки.
Для каждого сочетания конкретных значений перечисленных факторов может быть построена своя кривая износа. Проанализировав такие кривые, можно определить оптимальное сочетание перечисленных факторов, ведущих к обеспечению рационального использования того или иного инструментального материала в конкретных условиях.
Режущая способность инструмента характеризует его свойство концентрировать напряжения в локальной области обрабатываемого материала, прилегающего к резцу. О потере режущей способности судят по параметрам поперечной геометрии и косвенным признакам, таким как увеличение сил резания и ухудшение качества обработанной поверхности.
Затупление режущих элементов связано с изменением их микрогеометрии и характеризуется различными параметрами кривой затупления. Параметры затупления должны удовлетворять следующим требованиям: характеризовать сложную кривую затупления; характеризовать изменяющиеся условия резания в связи с изменением формы кривой затупления; сравнительно просто замеряться. В большинстве случаев кривая затупления режущих кромок резца представляет собой короткофокусную параболу. Иногда на передней грани резца образуется лунка, а на задней -фаска износа [80]. Разнообразие кривых затупления приводит к необходимости оценивать степень затупления резца по нескольким параметрам.
Поперечную микрогеометрию характеризуют параметрами профиля резца в нормальном сечении. Обычно у реального резца этот профиль (нормальное сечение кривой переходной поверхности) принимается за дугу окружности. Тогда единственным параметром поперечной микрогеометрии становится радиус округления лезвия р (рис. 1.1,а). При изучении процесса износа резцов различных инструментов, в дополнение к радиусу округления лезвия р используют в качестве параметров поперечной микрогеометрии линейные и угловые характеристики отклонения реального профиля резца от идеального (укорочение резца, измеренное по задней или передней поверхности, по биссектрисе угла клина; уменьшение площади сечения; углы отклонения прилежащих к лезвию участков передней и задней поверхностей; ширине фаски по задней поверхности и др.)- Ширину фаски по задней поверхности X (рис. 1.1, б) используют при теоретическом анализе процессов резания древесных материалов, способных формировать в процессе резания поперечную микрогеометрию резца такого вида [81].
Выбор метода математического планирования и построение матрицы планирования
Качество фрезерованной поверхности древесностружечных плит характеризуют глубиной неровностей разрушения и ворсистостью. Абсолютные значения высоты неровностей зависят от угла резания, плотности плит, степени затупления инструмента, толщины срезаемых слоев (подачи на режущую кромку). При проведении экспериментальных исследований и при определении величины критерия технологической стойкости инструмента, за оценочный параметр качества обработки древесностружечных плит нами были выбраны состояние кромки (наличие или отсутствие мшистости и ворсистости) и качество фрезерованной поверхности (шероховатость и наличие или отсутствие прижогов) (Рис. 2.9, а,б). Было установлено, что при величине износа равной 0,3 мм фрезерованная поверхность и кромка плиты не отвечали требованиям обработки: появлялись вырывы, прижоги на фрезерованной поверхности, на кромке плиты образовывалась ворсистость и мшистость (Рис. 2.10, б). Исходя из этого, величина фаски износа по задней поверхности h3 = 0,3 мм (Рис. 2.10., снизу) принята в качестве критерия технологической стойкости инструмента при проведении экспериментальных исследований. По полученным данным строились кривые износа инструментальных материалов, затем анализировалась интенсивность изнашивания инструментальных материалов. Анализ влияния переменных факторов на стойкостные и качественные показатели процесса фрезерования даёт основание в выборе четырёх основных факторов для изучения процесса фрезерования ДСтП деревообрабатывающим инструментом, оснащённым твёрдым сплавом.
Применять классические методы проведения экспериментальных исследований неприемлемо, вследствие значительных трудозатрат на выполнение экспериментальных исследований и сложности в обработке и обобщении результатов исследований. Наличие априорной информации о существенности кривизны поверхности отклика, позволяет проводить эксперимент с реализацией математического метода планирования второго порядка. Согласно рекомендациям М.С. Винарского [22J было принято использовать композиционный план математического планирования экспериментальных исследований, обладающего достоинствами по сравнению с другими планами по получению достаточно точных теоретических зависимостей, существенно приближенных к экспериментальным значениям исследуемых величин. Такие планы полностью соответствуют идеи шаговой процедуры. Построение центрального композиционного плана при наличии ядра сводится к наращиванию точек, расположенных в центре плана и на расстоянии d от центра. Для обеспечения ортогональности плана, при построении матрицы планирования второго порядка необходимо обеспечить следующие условия: Для четырёх переменных факторов матрица планирования второго порядка имеет вид, представленный в табл. 2.2. Условия проведения опытов представлены в табл. 2.3. Первым шагом реализации матрицы планирования является изучение зоны оптимума. Для этого следует провести первую серию опытов, которая как видно из табл. 2.2, представляет собой полный факторный эксперимент типа 24 табл. 2.4. Далее проверяем адекватность полученной модели по критерию Фишера. В случае неадекватности модели, используя опыты, полученные в результате исследования зоны оптимума, реализуем матрицу планирования второго порядка табл. 2.2.
В результате реализации матрицы планирования второго порядка и обработки опытных данных можно получить математическое описание процесса в виде уравнения: Предполагается, что режущая кромка является абсолютно острой (радиус округления равен нулю) и внешние силы распределены равномерно по ширине резца, а задняя поверхность не нагружена. Рассмотрены три расчётные схемы. В первой схеме сила сосредоточена вдоль режущей кромки, в этом случае передняя и задняя поверхность не нагружены. Данная схема характеризует процесс затачивания инструмента по передней поверхности периферией круга прямого профиля (Рис. 2.11). Схема затачивания инструмента периферией кругом прямого профиля Во второй схеме нагрузка равномерно распределена по передней поверхности затачиваемого инструмента. Данная схема описывает процесс затачивания инструмента по передней поверхности чашечными кругами (Рис. 2.12). Задняя поверхность в этом случае не нагружена. Рис. 2.12. Схема затачивания инструмента по передней поверхности чашечными кругами В третьей схеме нагрузка на переднюю поверхность изменяется по линейному закону. Эта схема реализуется при затачивании инструмента по передней поверхности изношенными или специально заправленными чашечными кругами (Рис. 2.13). Задняя поверхность в эгом случае также не нагружена. 1. Режущие элементы фрезерного инструмента имеют сложную трехмерную геометрическую конфигурацию. Однако, как показывают экспериментальные данные, разрушение материала режущих элементов происходит вдоль режущей кромки на расстояниях, не превышающих 0,25...0,3 мм. Это свидетельствует о том, что максимальные внутренние напряжения имеют место вблизи режущей кромки на расстояниях, значительно меньших поперечных и продольных размеров режущего элемента. Это позволяет выбрать в качестве модели формы клина бесконечной ширины и длины с углом при вершине р. 2. Материал режущего элемента считается как однородный сплошной и анизотропный. В процессе обработки он испытывает незначительные деформации. Связь напряжений и деформаций считается линейной (выполняется закон Гука). Разрушение материала считается хрупким, т.е. при превышении предела прочности происходит отслаивание материала. Появляются микро- и макротрещины. 3. В расчётах используются технологические силы, т.к. их просто измерить с высокой точностью. Технологические силы, действующие на режущий элемент со стороны абразивного инструмента, распределены равномерно по передней поверхности вдоль режущей кромки затачиваемого инструмента. Характер распределения нагрузки в направлении, перпендикулярном режущей кромки, зависит от режимов затачивания, вида затачивания и метода затачивания.
В работе рассмотрены три основных вида технологического нагружения (сосредоточенная нагрузка на режущей кромке, распределённая нагрузка по передней поверхности и изменяющаяся по линейному закону нагрузка). b — длина распределения нагрузки. На переднюю поверхность режущего элемента действует также распределённая нагрузка q, изменяющаяся по линейному закону (от qj до q2). Считается, что все технологические усилия направлены перпендикулярно к передней поверхности режущего элемента вдоль оси ОХ. Рассматриваемая задача распадается на три независимые задачи, некоторые из которых удобно решать в декартовой системе координат XOY, а другие в полярных (р, 0) (Рис. 2.14). При заточке режущих элементов технологические силы резания много больше объёмных сил и последними в уравнении равновесия можно пренебречь. Уравнение равновесия Дифференциальное уравнение равновесия бесконечно малого элемента клина, имеющего координаты х, у имеет вид [139]: Если ввести функцию напряжений Эри (р(х, у), то с учётом уравнения равновесия (2.9), получим бигармоническое уравнение, которое имеет вид: Ангармонический оператор, а уравнение (2.10) - бигармоническое уравнение плоской задачи. Определив функцию напряжённости ці, компоненты тензора напряжений могут быть найдены следующим образом:
Влияние переменных факторов на стойкость дереворежущего инструмента, оснащённого твердым сплавом марки ВКЗМ при обработке ДСтП
Изучение влияния скорости резания на технологическую стойкость дереворежущего инструмента осуществлено путём построения графических зависимостей по полученному уравнению (3.8) и с использованием экспериментальных данных (Табл. 3.4 - 3.12). Графические зависимости (Рис. 3.1 — 3.3) T=f(n) построены с учетом условий экспериментальных исследований при значениях продольной подачи 4; 6 и 8 м/мин, глубине резания 1;2 и 3 мм и значениях угла заострения 50; 55 и 60 градусов.
Полученные результаты, представленные на рис. 3.1 — 3.3 показывают, что с увеличением скорости резания технологический период стойкости фре зерного дереворежущего инструмента снижается. Это связано с тем, что но мере увеличения скорости резания повышаются силы резания. Считается, что приращение силы резания связано с преодолением силы инерции стружки, повышением прочностных показателей обрабатываемого материала в условиях больших скоростей резания и изменением условий трения древесины о резец. Также, снижение периода стойкости дереворежущего инструмента можно объяснить тем, что с повышением скорости резания повышаются температуры резания, и, как следствие, повышается температурный износ инструмента. Так, эксперименты показывают, что увеличение числа оборотов шпинделя от 2000 об/мин до 6000 об/мин приводит к снижению периода стойкости на 40 - 50 %.
Результаты экспериментальных исследований стойкости инструментального материала марки ВКЗМ при обработке ДСтП марки П - 1 (Глубина резания / = 2 мм, скорость продольной подачи 5=6 м/мин, угол заострения инструмента, оснащённого твёрдым сплавом марки ВКЗМ от скорости резания при обработке ДСтП марки П - 1 при различных значениях угла заострения
Изучение влияния величины продольной подачи на технологическую стойкость дереворежущего инструмента осуществлено путём построения графических зависимостей по полученному уравнению (3.8) и экспериментальным данным (Табл. 3.13-3.21). Графические зависимости (Рис. 3.4-3.6) Т — f (S), построенные с учетом условий экспериментальных исследований при значениях скорости резания 2000; 4000 и 6000 об/мин, глубине резания 1; 2 и 3 мм и значениях угла заострения 50; 55 и 60 градусов.
Полученные результаты, представленные на рис. 3.4 - 3.6 показывают, что с увеличением продольной подачи технологический период стойкости фрезерного дереворежущего инструмента снижается. Эго связано с тем, что по мере увеличения скорости продольной подачи повышается подача на зуб, а, как следствие, увеличивается пятно контакта, что вызывает повышение силы резания. Так, эксперименты показывают, что увеличение скорости продольной подачи от 4 м/мин до 8 м/мин приводит к снижению периода стойкости на 15-20 %.
Изучение влияния глубины резания на технологическую стойкость дереворежущего инструмента осуществлено путём построения графических зависимостей по полученному уравнению (3.8) и экспериментальным данным (Табл. 3.22 - 3.30). Графические зависимости (Рис. 3.7 - 3.9) Т = f (t) построены с учетом условий экспериментальных исследований при значениях скорости резания 2000; 4000 и 6000 мм/мин, продольной подачи 4; 6 и 8 мм/мин и значениях угла заострения 50 ; 55 и 60 градусов.
Полученные результаты, представленные на рис. 3.7- 3.9 показывают, что с увеличением глубины резания, технологический период стойкости фрезерного дереворежущего инструмента снижается. Это связано с тем, что по мере увеличения глубины резания, увеличивается зона контакта обрабатываемого материала с режущим элементом и, в связи с этим, возрастают силы резания, поэтому износ режущей кромки становится интенсивней. Так, эксперименты показывают, что увеличение глубины резания от 1 мм до 3 мм приводит к снижению периода стойкости на 25 — 30 %.
Влияние угла заострения режущего элемента на шерохова тость обработанной поверхности
Изучение влияния величины угла заострения режущего элемента на шероховатости обработанной поверхности осуществлено путём построения графических зависимостей по полученному уравнению (4.4). Графические зависимости (Рис. 4.10 - 4.12) Rmmax —f (Р) построены с учетом условий экспериментальных исследований при значениях скорости резания 2000; 4000 и 6000 мм/мин, продольной подачи 4; 6 и 8 мм/мин и значениях глубины резания 1; 2 и 3 мм. Полученные результаты, представленные на рис. 4.10—4.12 показывают, что с увеличением угла заострения режущего элемента, качество обработанной поверхности повышается. Это связано с тем, что по мере увеличения угла заострения режущего элемента, увеличивается режущая способность дереворежущего инструмента и снижаются силы резания. Так, эксперименты показывают, что увеличение величины угла заострения режущего элемента от 50 мм до 60 мм приводит к снижению качества обработанной поверхности на 15-20%. Исследование влияния переменных факторов на шероховатость обработанной поверхности показали, что наибольшее влияние на качество оказывает скорость резания. Лучшее качество обработанной поверхности наблюдалось при следующих значениях переменных факторов: ? скорость резания при числе оборотов п = 6000 об/мин; ? продольная подача 5 = 4 м/мин; ? глубина резания / = 1 мм; ? угол заострения режущего элемента /? = 50. При данных режимах резания шероховатость обработанной поверхности составила Rm тах =31 мкм. Максимальное значение шероховатости наблюдались при следующих значениях переменных факторов: скорость резания при числе оборотов п — 2000 об/мин; ? продольная подача 5=8 м/мин; ? глубина резания / = 3 мм; ? угол заострения режущего элемента /? = 60. шероховатость в этом случае составила Rmmax= 104 мкм.
По результатам проведенных исследований стойкости инструментального материала марки ВКЗМ при обработке древесностружечной плиты марки П. - 1 можно сформулировать следующие выводы: 1. В результате реализации матрицы планирования получены математические зависимости шероховатости обработанной поверхности ДСтП марки П - 1 от скорости резания, скорости продольной подачи, глубины резания и угла заострения режущих элементов. 2. На качество обработанной поверхности самое сильное влияние оказывает скорость резания, так, эксперименты показывают, что увеличение скорости от 16,75 м/с до 50,24 м/с приводит к повышению качества обработанной поверхности на 40 - 45 %. 3. При торцевом фрезеровании ДСтП марки П - 1 инструментальным материалом марки ВКЗМ наилучшее качество обработанной поверхности наблюдается при следующих условиях: скорость резания при числе оборотов п = 6000 об/мин; продольная подача S = 4 м/мин; глубина резания t = 1 мм; угол заострения режущего элемента/? = 50 и составляет Rmmax- 31 мкм. В настоящее время, в деревообрабатывающей промышленности, требования к износостойкости и качеству получаемой продукции возросли, в связи с внедрением в деревообработку новых труднообрабатываемых материалов, и требований международных стандартов к выпускаемой продукции. Достижение высоких показателей стойкости инструментального материала и качества обработанной поверхности во время обработки труднообрабатываемых материалов твердосплавным фрезерным дереворежущим инструментом возможно при соблюдении определенных условий эксплуатации инструмента: геометрических параметров инструмента и рациональных режимов резания. Поэтому, выбор значения режимов резания и геометрии режущего элемента важный процесс для обеспечения необходимых эксплуатационных характеристик и качества получаемой продукции. Выбор параметров резания процесс трудоёмкий, требующий больших временных затрат и квалифицированных рабочих кадров. Для облегчения расчетов параметров обработки труднообрабатываемых древесных материалов твердосплавным фрезерным дереворежущим инструментом, с помощью полученных математических моделей (3.8, 4.4), нами разработана автоматизированная программа расчета рационального значения режимов резания и угла заострения режущей кромки для заданных значений стойкости, шероховатости обработанной поверхности и производительности.
Похожие диссертации на Повышение эффективности фрезерования композиционных древесных материалов мелкозернистым твёрдосплавным инструментом
