Введение к работе
Актуальность проблемы. Диссертация посвящена разработке комплекса расчетных методов и технических средств активной диагностики сборного инструмента. Стремление к созданию высокоэффективных режущих ияструментоц привело к параллельному существованию большого количества сборных режущих и вспомогательных инструментов одного назначения. Причиной этого является недостаточное развитие расчетных методов, а также тот факт, что существующие критерии надежности инструмента, основанные на методах математической статистики, по позволяют решать задачу выбора конструкции на стадии проектирования. Это предопределяет поиски новых путей решения, в частности использование концепций надежности сложных систем - диагностику и контроль, экспресс-испытания, с применением косвенных показателей, имеющих корреляцию с критериями эффективности. Таковыми могут являться : статические, динамические и тсплофизические характеристики, напряженно-деформированное состояние, эксплуатационная точность. Эти критерии предполагают описание нескольких процессов, то есть приходится решать задачу частями. Модель, которая решается таким образом, по классификации В.А.Вешшкова и А.Н.Лсбедсва, получила название "неоднородной", а в силу взаимодействия нескольких подсистем в рамках технологической системы - "сложной".
Решение этой задачи, а также разработка методов и технических средств экспресс-диагностики качества инструмента на стадии изготовления и эксплуатации, установление условий его рационального использования являются весьма актуальными.
Цель работы. Целью работы является разработка комплекса научно-технических решений, позволяющих обеспечить максимальную эффективность прогрессивного сборного инструмента, и включающего в себя: методики расчета и оптимизации конструкций па стадии проектирования; технические средства активной экспресс-диагностики качества на стадии производства и эксплуатации инструмента; технические средства установления оптимального режима резания.
Научная новизна заключается: в корреляции пе-
риода безотказной работы с показателями : жесткостью, динамическими и теплофизическими характеристиками, напряженно-деформированным состоянием при резании различных обрабатываемых материалов; в обосновании выбора расчетных схем, математических моделей и граничных условий; в установлении наличия двух зон главных растягивающих напряжений на передней поверхности режущей пластины и зависимости их численных значений от способа закрепления, конструктивных отличий и
распределения составляющих силы резания; в установлении зависимости напряженного состояния от отклонения формы опорной поверхности режущей пластины для различных способов ее механического закрепления; в получении динамических характеристик модульного вспомогательного инструмента при обеспечении постоянства мощности нагружения во всем частотном диапазоне ; в получении спектральных характеристик сборного режущего инструмента в полосе частот до ЮОкГц при механической развязке стенда динамического нагружения; в установлении влияния положения, размеров режущих пластин, а также шероховатости опорной поверхности гнезда корпуса на статическую и динамическую податливость сборного режущего инструмента; в установленной зависимости стойкости сборного инструмента от статических и динамических характеристик как для вольфрамосодержащих так и для безвольфрамовых твердых сплавов; в установлении зависимости стойкости от элементов режима резания, жесткости и адмитанса узла крепления режущей пластины; в установлении зависимости стойкости и прочности твердых сплавок от их прпдпарнтплыюй термообработки.
Основные положения, выносимые па защиту.
1.Методики расчета и математические модели анализа технического уровня сборного инструмента по статическим и динамическим характеристикам, напряженно-деформированному состоянию, эксплуатационной точности.
2.Экспериментальные методы и технические средства неразру-шающей активной экспресс-диагностики инструмента по статическим, динамическим и теплофизическим характеристикам.
3.Экспериментальный экспресс-метод и прибор для установления оптимального режима резания по градиенту термо-ЭДС.
4.Результаты исследования отдельных подсистем инструмента ; сборных резцов, фрез, кольцевых сверл, модульного расточного инструмента
5.Конструкции внедренных в производство инструментов, разработанных па основе выполненных работ; торцовых фрез, резцов для тяжелых работ, резцов общего назначения, кольцевых сверл, модульного расточного инструмента.
Практическая полезность заключается: в методиках расчета и оптимизации конструкций сборных режущих и модульных вспомогательных инструментов; в испытательных стендах для неразрушающих экспресс-испытаний сборного инструмента; в приборе для экспресс-оценки оптимального режима резания по 'градиенту термо-ЭДС; в конструкциях сборного режущего и модульного вспомогательного инструмента.
Реализация результатов работы. Результаты работы внедрены :
в виде технической документации, методик расчета и оптимизации конструкций сборного инструмента в АО "Томский инструмент", АО "Белфрез" ( в рамках решения Государственной программы 47:4-1 );
в виде методик и рекомендаций по испытаниям сборного инструмента во ВНИИинструмент ( по проблеме 0.16.08. ГКНТ и Госплана СССР), Оргприминструмент, МСПО "Красный пролетарий";
в виде испытательных стендов в АО "Белфрез", РУДН
в виде разработанных на основании исследований конструкций инструмента в ПО "Севмашпредприятие", ПО "Север" (г. Северодвинск), АО "Сталепрокатный завод", АО "Северсталь" (г. Череповец), АО
"Белфрез", АО "Томский инструмент", СП "Нордмекс".
в виде учебных пособий и лабораторных стендов в учебном процессе
СевмашВТУЗа
Годовой экономический эффект от внедрения по ценам до 1991 г. составил 356 тысяч рублей, общий годовой экономический эффект - 19 миллионов рублей.
Апробация работы. Основные результаты исследований представлялись в докладах на научно-технических конференциях и семинарах:
-
На Международной НТК. "Ультразвук в технологии машиностроения - 91", Архангельск, 1991.
-
На II Всесоюзной НТК. "Вибрация и вибродиагностика, проблемы стандартизации", Горький, 1988.
-
На Межобластной НТК. "Совершенствование конструкций и процессов изготовления режущего и измерительного инструментов и технологической оснастки", Киров, 1988.
-
На IV Московской НТК. "Триботехника - машиностроению", Москва, 1989.
-
На VIII, IX, X НТК НТО им. академика А.Н. Крылова, Северодвинск, 1985, 1987, 1989 гг.
-
На II и III конференциях научно-учебного центра физико-химических методов исследования. Москва, 1989, 1990 гг.
-
На научно-техническом совете ВНИИинструмент, НТК и семинарах в гг. Москва, Санкт-Петербург в 1981-92 гг.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в монографии и в 86 печатных работах, 21 из которых являются авторскими свидетельствами на изобретения.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 7 глав, выводов и практических рекомендаций, изложена на ЯТ В страницах машинописного текста, содержит 117" рисунка(ов), 18 таблиц, приложения, список литературы из 18.4 наименований.