Введение к работе
Актуальность вопроса. Эффективность обработки деталей из жаропрочных материалов резанием существенно зависит от динамического поведения технологической системы "станок-приспособление-инструмент-деталь" (ТС). Эта зависимость подтверждается многочисленными исследованиями и практическим опытом технологов предприятий. Однако отсутствие количественных зависимостей между динамическими характеристиками технологической системы и изнашиванием инструмента не позволяет назначать наиболее эффективные режимы резания для конкретных технологических процессов. Указанная проблема машиностроительного производства в большей степени сказывается на операциях механической обработки с применением маложесткого инструмента: глубокого сверления, растачивания, концевого фрезерования и др. Вместе с тем особенно актуальна эта проблема в технологии авиадвигателестроения, где широко применяются тонкостенные детали из жаропрочных труднообрабатываемых материалов. В процессе токарной обработки таких деталей возникают повышенные силы резания и автоколебания технологической системы, приводящие к интенсивному изнашиванию, сколам и поломкам инструмента и, как следствие, к снижению производительности и качества обработки.
В производственных условиях для уменьшения колебаний технологической системы при обработке резанием приходится снижать режимы резания, ограничивать допустимый износ инструмента и т.д. Все эти мероприятия проводятся опытным путем в производственных условиях и повышают трудоемкость технологической подготовки производства таких деталей.
Успешное решение проблем повышения эффективности резания и снижение вибраций при токарной обработке состоит в разработке динамической модели автоколебаний технологической системы с целью анализа условий их возбуждения и интенсивности, а также оценки их
влияния на стойкость инструмента. Такая модель и методика на ее основе позволят уже на стадии технологической подготовки производства выбирать рациональные режимы резания в зависимости от различных динамических условий обработки заготовок на металлорежущих станках.
Целью работы является повышение производительности токарной обработки маложестких деталей из жаропрочных никелевых сплавов за счет выбора рациональных режимов резания на основе построения динамической модели процесса точения и разработки методики расчета стойкости инструмента, учитывающей вибрации при резании.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
разработка нелинейной модели динамики токарной обработки, которая позволит исследовать автоколебания инструмента, возбуждаемые за счет регенеративного механизма и фрикционных явлений при взаимодействии инструмента и заготовки, с целью определения параметров вибраций режущего инструмента в зависимости от режимов резания, жесткостных характеристик технологической системы и свойств обрабатываемого материала.
разработка методики идентификации динамических характеристик технологической системы "станок-приспособление-инструмент-деталь".
разработка методики определения стойкости инструмента на базе термо - силовой модели расчета стойкости для процессов токарной обработки с колебаниями.
разработка и экспериментальное обоснование расчетной зависимости стойкости инструмента от сил резания при токарной обработке с возбуждаемыми автоколебаниями.
- разработка диагностического стенда для определения силовых и
вибрационных характеристик процесса резания.
Методы исследования базировались на основных положениях науки о резании металлов, законах термо-механики и теплофизики лезвийной
обработки, теории колебаний. При проведении испытаний применялись современные, автоматизированные измерительные средства для определения сил и параметров вибраций при резании. Обработка экспериментальных данных выполнялась с применением методов математической статистики и планирования эксперимента.
Научная новизна работы заключается в:
- разработанной и экспериментально подтвержденной нелинейной динамической модели процесса токарной обработки, описывающей автоколебания инструмента и учитывающей регенеративный механизм возбуждения колебаний при движении инструмента по поверхности, образованной на предыдущем обороте, и нелинейную зависимость силы трения от относительной скорости между инструментом и деталью;
установленной функциональной зависимости стойкости инструмента при токарной обработке маложестких деталей из никелевых сплавов от сил резания и контактных температур при автоколебательном процессе резания.
Практическая ценность работы заключается в:
разработанных методиках и алгоритмах расчета амплитуды и частоты автоколебаний технологической системы и стойкости режущего инструмента в зависимости от жесткости технологического оборудования, режимов резания и свойств обрабатываемого материала позволяющих выбрать производительные режимы токарной обработки маложестких деталей из никелевых сплавов;
создании и внедрении диагностического стенда, позволяющего измерять силовые характеристики и параметры вибраций инструмента в процессе резания, необходимые для идентификации коэффициентов модели стойкости режущего инструмента и параметров динамической модели;
разработанных технологических рекомендациях по выбору рациональных режимов токарной обработки в зависимости от жесткости технологической системы "станок-приспособление-инструмент-деталь".
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях: "Актуальные проблемы Российской космонавтики" (XXXI чтения по космонавтике, Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007), "Новые материалы и технологии НМТ-2008" (Москва, МАТИ, 2008), "Будущее машиностроения России" (Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов и списка использованной литературы.
