Введение к работе
Актуальность проблемы.
Вопросом повышения виброустойчивости технологической системы посвящено много работ кок в нашей стране, так и за рубежом. Однако проблема снижения уровня вибраций в процессе обработки деталей является до сих пор актуальной.
Направление исследован;Я сформировано под влиянием работ ученых: В.В.Бушуева, В.Л.Вейца, А.И.Каширина, В.А.Кудинова, В.В.Каминской, С.С.Кедрова, Л.С.іМурашкина, С.Л.Мурашкина, В.Н.Подураева, А.С.Проникова, В.Э.Пуша, А.В.Пуша, Д.П.Решетова, С.С.Силина, Ю.М.Соломенцева, А.П.Соколовского, В.С.Хомякова, Н.Е.Эльясберга и других.
Прогресс, достигнутый в настоящее время в области разработки и использования новых инструментальных материалов, применяемых при высокоскоростной и прецизионной обработке, выдвинул на первый план проблему создания инструментов с высокими динамическими характеристиками. Конструкции инструментов, спроектированных по методу повышения жесткости, во многих случаях оказываются неприемлемыми, так как при этом чрезмерно увеличиваются их размеры и вес.
Другой подход к решению проблемы заключается в использовании с повышенными демпфирующими свойствами, которые позволяют уменьшать и в широком диапазоне частот. Повышение уровня демпфирования инструментов можно обеспечить применением:
-
материалов с высоким коэффициентом внутреннего трения длт изготовления державок и корпусов;
-
принципа конструкционного демпфирования.
Следует отметить, что при использовании классического материала, т.е. стали при изготовлении державок и корпусов инструментов, достигнуты технические и экономические пределы, которые могут быть прэвзойдены только за счет применения так называемых традиционных материалов.
Высокими диссипативными свойствами обладают сплавы шсокого демпфирования. Однако они имеют большую стоимость и по это<1 при чине не нашли применения в производстве державок и корпусов инструментов .
В работе предлагается использовать для изготовления кпрча-вок и корпусов инструментов такие нетрадиционные материал» как композиты на основе бетона, которые обладают в 7 - 10 рп гіплг».'"Л
демпфирующей способностью по сравнению с металлом.
Процесс металлообработки сопровождается действием мощных источников энергии с присущей им широкой полосой частот возбуждения. Это вызвало потребность в разработке методов рассеяния энергии колебаний в элементах технологической системы в количествах, значительно превосходящих те, которые может обеспечить сам конструкционный материал. В результате внимание было привлек чено к составным многослойным конструкциям державок, обладающих демпфирующими механизмами, способными рассеивать больше количества энергии. В работе рассматриваются многослойные конструкции державок, в которых используется механизм демпфирования деформаций сдвига в упруговязких материалах, рассеивающих энергию из-гибных вибраций.
Поэтому проблема разработки теории проектирования инструментов с улучшенными демпфирующими характеристиками являютея актуальной.
Автор защищает:
I. Теорию проектирования и технологию изготовления токарных резцов с повышенными диссипативными характеристиками.
2.. Математическую модель определения прочности композита на основе бетона в зависимости от его состава. .
-
Математическую модель определения демпфирующих характеристик композита на основе бетона с учетом его состава.
-
Математическую модель для расчета коэффициента потерь державки резца с.составным вязкоупругим слоем.
-
Аналитические зависимости для установления влияния демпфирующей способности инструмента на характер изменения перемещения
и скорости его режущей части, а также силы резания при точении.
-
Математические модели для определения составляющих силы резания при точении резцами с бетонополимерными державками.
-
Результаты экспериментального исследования влияния динамических и тепло-физических свойств резцов с державками из композитов на основе бетона на параметры процесса точения и качество обработки.
Цель работы состоит в разработке теоретических основ для решения проблемы проектирования и изготовления токарных резцов с улучшенными диссипативными характеристиками, повышении на этой основе качества обработки деталей и снижении металлоемкости инструмента.
Методика исследований. Использованы основные положения динамики станков, теории упругости, прочности и демпфирующей способности многослойных балок; теории резания4, технологии машиностроения. Экспериментальные исследования проведены а использованием отечественной и зарубежной виброизмеритель-ной аппаратуры, например, фирмы Брюль и К-ьер (Дания). Для вибропрессования бетонных державок спроектирована и изготовлена специальная установка.
Научная новизна работы состоит в изложении научно-обоснованного технического решения использования композиционных материалов на основе бетона для корпусов и державок режущих инструментов, внедрение которых вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса.
Практическая ценность и реализация результатов.
-
Разработана методика проектирования резцов, с требуемыми прочностными и диссипативными характеристиками.
-
Установлены математические модели для определения прочности и демпфирующей способности композитов на основе бетона в зависимости от его состава.
-
Предложены зависимости для расчета прочности многослойных державок резцов.
-
Разработаны составы тлакощелочных бетонов и бетонов на основе шлакомагнезиалышго вяжущего,
-
Установлена область рационального применения резцов с державками из композита на основе бетона.
-
Определены основные направления создания конструкций корпусов из композиционных материалов на основе бетона для фрез и расточного инструмента.
Реализация результатов работы.
Результаты диссертационной работы внедрены на предприятиях отрасли, . * ... со значительным экономическим эффектом. Кроме того, резцы с державками из композита ян основе бетона прошли испытания: в лаборатории кафедры "Металлорежущие станки" Тульского политехнического института; лаборатории резания VUWAR (НИИ инструмент) ЧССР; на предприятии ГНПІ1 "Сплав" (г. Тула).
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Всесоюзной конференции "Интенсификация технологических процессов механической обработки" (Ленинград, 14 - 16 октября, 1986 г.); семинаре "Прогрессивные технологии в мшаиностроении" (Чехословакия, 27-28 мая 1987 г.)} научно- техническом семинаре "Прогрессивные конструкции режущего инструмента для ГПС и роботизированных комплексов", Москва, 24 - 25 сентября 198? г.,; Всесоюзной научно-технической конференции "Конструктивно-технические методы повышения надежности и их стандартизация", (Тула, 24 - 25 мая, 1988 г.); 3 - Всесоюзной научно-технической конференции "динамика станочных систем гибких автоматизированных производств"(Тольятти, 24 - 26 мая 1988 г.), Республиканской конференции "Автоматизация механо-оборочных процессов в машино- и Приборостроении (Севастополь, 16 - 18 марта 1989 г.); Международная конференция "Инструмент - 89" (Чехословакия, 1989 г.); научно-технических конференциях ТудГТУ (1986 -1993 г.г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 22 статьи, одна монография и получен патент и два авторских свидетельства.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 разделов, изложенных на 192 страницах машинописного текста, заключения, приложения, включает 130 рисунков, 44 таблиц и библиографический список из І42 наименований»