Содержание к диссертации
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 5
ВВЕДЕНИЕ 7
1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СМП 16
1.1. Методология проектирования передней поверхности сменных многогранных пластин 16
1.2. Анализ существующих направлений совершенствования процесса чистового точения 23
1.3. Анализ существующих подходов к обеспечению рационального процесса стружкообразования при точении
1.3.1. Современное состояние проблемы обеспечения дробления стружки 29
1.3.2. Типы и формы стружки, образующейся при точении. Понятие благоприятной формы стружки 33
1.3.3. Анализ существующих теорий и экспериментальных исследований процесса завивания стружки 42
1.3.4. Анализ существующих методов дробления стружки.,55
1.4. Цель и задачи исследования 61
2. ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ КОНСТРУКЦИЙ СМП 63
2.1. История развития твердосплавного инструмента 63
2.2. Анализ конструктивных особенностей современных СМП.. 73
2.3. Анализ функционального назначения участков передней поверхности СМП. Классификация элементарных участков передней поверхности 90
2.4. Анализ схем резания при точении 95
2.4.1. Схема резания с полной передней поверхностью... з
2.4.2. Схемы резания с двойной передней поверхностью с
выступами и уступами 100
2.5. Реализация схем резания в современных конструкциях пластин 109
Выводы 118
3. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА
СТРУЖКООБРАЗОВАНИЯ 120
3.1. Анализ моделей процесса стружкообразования при использовании дискретных методов 120
3.2. Общая постановка задач конечного упругопластического деформирования 1
3.2.1. Кинематика процессов 127
3.2.2. Основные соотношения процессов упругопластического конечного деформирования 134
3.2.3. Постановка задачи конечного упругопластического деформирования 139,
3.2.4. Модель процесса разделения 142
3.3. Численное моделирование процесса резания 144
3.3.1. Численная формулировка проблемы 144
3.3.2. Метод интегрирования разрешающих уравнений 149
3.3.3 Алгоритм решения краевой задачи упругопластичности 150
3.3.4. Проверка правильности реализации математической модели 153
3.3.5. Анализ поведения модели при пластических деформациях 155
3.3.6. Модель процесса конечно-элементного разделения материала 157
3.3.7. Построение модели внедрения жесткого клина в полубесконечное упруго-пластическое тело 158
3.3.8. Механизм учета трения в модели резания 160
3.4. Математическое моделирование процесса резания 162
3.4.1. Процесс свободного резания 162
3.4.2 Факторы, влияющие на процесс стружкообразования 164
3.4.3. Граничные условия при моделировании 166
3.4.4. Конечно-элементная реализация процесса резания.. 168
3.4.5. Моделирование установившегося режима резания... 170
3.4.6. Итерационный процесс на шаге 171
3.4.7. Обоснование выбора числа конечных элементов... 174
3.4.8. Сравнение экспериментально найденных и расчетных значений сил резания 1
3.5. Анализ моделей процесса стружкообразования при использовании интегральных методов 184
3.6. Математическая модель стружкообразования с линией разрыва перемещений 1
3.6.1. Условная расчетная схема процесса резания и основные допущения 190
3.6.2. Закон сохранения массы 192
3.6.3. Баланс импульса 193
3.6.4. Баланс момента импульса 194
3.6.5. Уравнение энергетического баланса (первый закон термодинамики) 195
3.6.6. Условие прочности 196
3.6.7. Алгоритм вычислений 197
3.7. Моделирование процесса точения 200
Выводы 210 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА
СТРУЖКОДРОБЛЕНИЯ ПРИ ТОЧЕНИИ 211
4.1. Методика экспериментальных исследований стружкообразования при чистовом точении 214
4.2. Процесс разрушения стружки в форме винтовой спирали... 215
4.3. Процесс дробления стружки в форме плосковинтовой спирали 229
4.4. Процесс разрушения стружки в форме цилиндрической спирали 237
4.5. Процесс разрушения стружки в форме плоской спирали... 247
4.6. Устойчивый и нестабильный процессы дробления сливной стружки 250
ВЫВОДЫ 252
5. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНОЙ ФОРМЫ СТРУЖКИ И ПРОЦЕССА ЕЕ ДРОБЛЕНИЯ. СИСТЕМА НЕОБХОДИМЫХ И ДОСТАТОЧНЫХ УСЛОВИЙ 254
5.1. Кинематическая модель формирование сливной стружки... 255
5.1.1. Определение скорости движения точки поперечного сечения срезаемого припуска 256
5.1.2. Определение скорости движения точки поперечного сечения стружки 260
5.1.3. Методика управления формой стружки 268
5.2. Прогнозирование процесса дробления стружки при точении.269
5.2.1. Характеристики процесса дробления сливной стружки 271
5.2.2. Критерии дробления стружки и обоснование необходимых и достаточных условий ее дробления ; 277
5.2.3. Экспериментальная проверка методики прогнозирования дробления стружки 290
ВЫВОДЫ 300 6. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ФОРМЫ РЕЖУЩЕЙ КРОМКИ
СМП ДЛЯ ЧИСТОВОЙ ОБРАБОТКИ 301
6.1. Теоретическое и экспериментальное обоснование формы режущей кромки, обусловленной формой передней поверхности 301
6.2. Теоретическое и экспериментальное обоснование формы режущей кромки, обусловленной формой задней поверхности 3
6.2.1. Определение параметров поперечного сечения срезаемого слоя 306
6.2.2. Установление закономерностей влияния режимов резания в условиях чистового точения на направление схода стружки и геометрические параметры срезаемого слоя 311
6.2.3. Вариант исполнения криволинейной части режущей кромки с одним переходным участком 322
6.2.4. Исполнение криволинейной части режущей кромки с двумя переходными участками 343
ВЫВОДЫ 347,
7. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПЕРЕДНЕЙ ПОВЕРХНОСТИ СМП 349
7.1. Экспериментальные исследования влияния участков передней поверхности современных конструкций СМП на стружкообразование при чистовом точении 349
7.2. Обоснование геометрических параметров выступов и их размещения относительно вершины СМП 3 7.2.1. Исследование особенностей взаимодействия выступа со стружкой в плоскости перпендикулярной к передней поверхности... 363
7.2.2. Определение координат центра тяжести поперечного сечения срезаемого слоя при работе криволинейным участком режущей кромкой 366
7.2.3.Экспериментальное исследование влияния высоты выступа
на радиус витка 369 7.3.Влияние выступов на форму стружки и параметры ее витка.. 372
7.4. Исследование влияния видоизмененной формы режущей кромки
СМП на процесс чистового точения ; 387
7.4.1. Экспериментальные исследования влияния видоизмененной режущей кромки на шероховатость обработанной поверхности и стойкость режущей пластины 390
7.4.2. Влияние видоизмененной формы режущей кромки на дробление стружки 397
7.4.3. Влияние видоизмененной формы режущей кромки на силы и температуру резания 414
7.5. Режущая пластина с локальными ротационными
элементами 416
7.5.1. Конструкции режущих пластин с ротационными стружкозавивающими элементами 416
7.5.2. Исследование работоспособности режущей пластины с
ротационными элементами 423
ВЫВОДЫ 430
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 433
Список используемых источников 436
Приложение 463
Введение к работе
В автоматизированном производстве при организации процесса механической обработки пластичных материалов групп Р и М наиболее острой является проблема обеспечения дробления стружки и достижения требуемого качества обработанной поверхности [1-Ю]. В условиях многостаночного обслуживания станков с ЧПУ и малолюдной технологии в ГПС, отсутствие дробления стружки препятствует автоматизации процесса резания и снижает в целом надежность технологической системы [11-13]. Стружка неблагоприятной формы является причиной поломок инструмента и снижения качества обработанной поверхности изделия и может стать потенциальным источником травматизма обслуживающего персонала [11, 14]. Непрерывная стружка не позволяет автоматизировать операции установки, обработки и контроля, препятствует механизации вспомогательных процессов ее уборки и транспортировки [11,12,15-18].
В современном машиностроительном производстве рост актуальности проблемы обусловлен возрастанием роли лезвийных чистовых операций [14-19]. Для процесса чистового точения характерна работа инструмента с высокими скоростями резания и небольшими сечениями срезаемого слоя [20]. В таких условиях стружка имеет высокую температуру и малую жесткость витка, что затрудняет ее дробление [21].
При чистовом точении наиболее простым и достаточно эффективным является способ дробления стружки за счет использования инструментов, оснащенных специальными сменными многогранными пластинами (СМП), получивший широкое распространение за рубежом [12, 22-26]. Современный уровень развития технологии изготовления твердосплавных инструментов предоставляет возможность проектировать рабочие поверхности СМП любой формы [3-6, 11, 12, 14]. Разнообразие форм передней поверхности СМП у зарубежных фирм-изготовителей указываетна то, что нет единого взгляда на процесс стружкодробления и общего теоретического обоснования их проектирования [11,12,16-18].
Техническая информация, которой сопровождают свою продукцию зарубежные фирмы-изготовители, носит рекомендательный и, в большей степени, рекламный характер, что не позволяет достоверно оценивать эксплуатационные возможности предлагаемых СМП [16]. Методики проектирования режущих поверхностей СМП являются промышленными секретами зарубежных фирм изготовителей [11, 12, 16-18]. В результате отечественные машиностроительные предприятия, в том числе и военно-промышленного комплекса, могут оказаться в полной зависимости от импортного инструмента, что приведет к снижению экономической безопасности страны. Поэтому, разработка теории проектирования СМП с рациональной геометрией, обосновывающая рациональную форму передней поверхности и режущей кромки, является актуальной научной проблемой
Целью работы является повышение эффективности чистовой лезвийной обработки пластичных материалов посредством совершенствования .» существующих и создания новых прогрессивных конструкций инструментов, обеспечивающих дробление стружки и требуемое качество обработанной поверхности, на основе разработки теории проектирования сменных многогранных пластин.
Похожие диссертации на Теория проектирования сменных многогранных пластин с рациональной геометрией для чистового точения с дроблением стружки
