Введение к работе
Актуальность проблемы. Обработка резанием является одним из основных технологических приемов изготовления деталей машин и механизмов. Происходит постоянная интенсификация технологических процессов, создаются новые высокопрочные и труднообрабатываемые материалы, повышаются скоростные режимы обработки за счет создания новых инструментальных материалов и повышения мощности станочного оборудования. Получили широкое развитие автоматизированные системы управления технологическими процессами, которые требуют расчетного определения характеристик процесса резания - сил резания, температур, стойкости инструмента, качества обработанной поверхности, формы стружки и т.п. на стадии проектирования технологического процесса. Необходимые данные определяются экспериментально, что в большинстве случаев требует значительных затрат. В связи с вышеизложенным представляется актуально?? дальнейшая разработка динамической модели процесса стружкообразозания, которая в перспективном плане дает возможность производить расчетное определение сил резания и других характеристик процесса обработки резанием различных материалов и выбора режимов резания.
Цель и задачи"исследовануія.-Цеяь"диссдртацяонной работы -исследовать начальный этап формирования стружки как динамический процесс, связанный со взаимовлиянием деформаций и напряжений, оценить влияние параметров процесса резания на устойчивость его протекания. Поскольку исследование язляется Первым этапом широкой научно-поисковой работы по развитию динамической модели резания, то с иелыо выявления указанного основного механизма взаимовлияния она выполняется в условиях слабого воздействия тепловых процессов.
В соответствии с поставленной целью в данной работе решаются следующие задачи:
проверить основное положение динамической модели процесса резания, занлочающеєся в тем, что он представляет собой сочетание упруго-пластического сжатия и изгиба материала;
выявить и оценить роль сжатия и изгиба в процессе формирования стружки в условиях ослабленного влияния тепловых процессов;
разработать методику экспериментального исследования, позволяющую проанализировать закономерности стружкообразования с позиций динамической модели процесса резания;
определить влияние обрабатываемого материала, переднего угла резиа и толщины срезаемого слоя на процесс стружкообразова-
ния с позиций динамической модели процесса резания;
выявить влияние крутизны фронта нарастания толщины срезаемого слоя на начальном этапе стружкообраэования на характер изменения силы резания при врезании резца в заготовку;
проверить справедливость положения, вытекающего из динамической модели,об экспоненциальном законе нарастания деформаций и усилий при стружкообразовании в процессе врезания;
исследовать спектральный состав колебаний силы резания при неустойчивом характере процесса стружкообразования.
Методика исследования. Работа выполнялась как сочетание теор< тических и экспериментальных исследований, базирующихся на основных положениях теории обработки материалов резанием, технологии машиностроения и динамики станков.
Эксперименты проводились при свободном прямоугольном резании на специальном стенде, а обработка экспериментальных данных - на ЭВМ с привлечением аппарата математической статистики.
Научная новизна. Разработана оригинальная методика исследования упруго-пластического сжатия и изгиба стружки, представленной моделью в форме консольной балки, а танке стружки с различным сочетанием ширины срезаемого и изгибаемого слоя. По этой методике выявлен эффект, определяемый сжатием и изгибом стружки. Показано, что при отгибе бални-стружки, что соответствует начальному этапу стружкообразования, начиная с некоторого отклонения, балка-стружкг отгибается в условиях существования "пластического шарнира".
Усилие резания в основном определяется сжатием материала. Возрастание усилия при сжатии определяется увеличением сечения стружки в области пластического деформирования. Нарастание усилия сжатия определяется изгибом, как видом деформации, который ограничивает нарастание площади сжимаемого объема, а, следовательно, и усилия сжатия.
Экспериментально подтверждено, что начальный этап формирования усилия резания соответствует экспоненциальному закону независимо от геометрии инструмента ^переднего угла) и типа образующейся стружки.
Установлено, что при потере устойчивости динамической системі стружкообраэования, формирование элементов (автоколебательный процесс) носит статистический характер при наличии нескольких спектральных частотных составляющих, различных для различных материалов.
Практическая полезность. Научно-поисковый характер работы определяет ее практическую полезность и соответствующие рекомендации. Практическая полезность определяется подготовкой исходных положений для разработки математической модели с целью дальнейшего использования в системах автоматизированной подготовки технологических процессов.
Разработанные методики и результаты проведенных экспериментов могут быть использованы при выполнении дальнейших исследований и в специальном курсе теории резания, читаемого з высших учебных заведениях.
Апробация работы. Работа в целом и отдельные ее разделы докладывались на заседаниях кафедры технологии машиностроения, металлорежущих станков и инструментов РУД!, научных конференциях инженерного факультета РУДЇ в І99І-І993 годах, а также на межгосударственной конференции по динамике станочных систем в Нижнем Новгороде в 1992 г.
Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 2 статьи.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Изложена на 126 страницах машинописного текста, содержит Ь7 рисунков, 15 таблиц. Общий объем работы составляет 196 страниц.