Содержание к диссертации
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ .... 5
ВВЕДЕНИЕ 9
ГЛАВА I. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА ПО ИССЛЕДОВАНИЮ ОБРАБАТЫВАЕМОСТИ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ ПРИ ТОЧЕНИИ ОБЫЧНЫМ
ИНСТРУМЕНТОМ И РЕЗЦАМИ С ИЗНОСОСТОЙКИМИ ПОКРЫТИЯМИ 13
1.1 Износ и стойкость инструмента 15
Виды износа. Методы их оценки .15
Износ и стойкость инструмента с ЙП ...... 20
1.2 Скоросгь резания 26
Скоросгь резания, как производственная характерне-, тика обрабатываемости 26
Скоросгь резания при применении ИП 33
1.3 Основные характеристики термомеханических явлений и
качества поверхностного слоя при использовании ин
струмента с ИП 34
Основные характеристики механических явлений. . . 34
Основные характеристики тепловых явлений ... . .37
Параметры качества поверхностного слоя изделия . . 38
Выводы. Задачи исследования .... 38
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ И ОБРАБАТЫВАЕМОСТИ МАТЕРИАЛОВ ПРИ НЕСВОБОДНОМ РЕЗАНИИ НЕПЕРЕГАЧИЗАЕМЫМ ИНСТРУМЕНТОМ С ИП . . .41
Исследование геометрических параметров зоны резания 41
Расчет температурных полей в зоне резания ... 45
Расчет температуры в условной плоскости сдвига . . 46
Расчет температуры трения на задней поверхности инструмента 61
2.2.3 Температура на передней поверхности инструмента . 78
Температура резания 79
Температура резания с учетом ИП 82
Теоретический расчет баланса тепла 84
2.5.1 Расчет тепла, уходящего в стружку 84
2; 5.2 Расчет тепла, уходящего в деталь 86
Расчет тепла, уходящего в резец 88
Анализ баланса тепла 89
Общее уравнение обрабатываемости 92
Оценка точности расчетного уравнения обрабатываемости 93
Влияние ИП на формирование температурного поля и
тэдс естественной термопары ........ 94
Влияние теплового сопротивления ИП /TtC ,7jA// на . формирование температурного поля в геле НП . . . 94
Оценка влияния ИП на процесс формирования температурного поля и тэдс естественной термопары ... 99
Выводы по второй главе ЮЗ
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТОЧЕНИЯ
СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ РЕЗЦАМИ С ИП ...... . 107
Цели и задачи экспериментального исследования . . 108
Методика постановки экспериментов, оборудование, аппаратура, инструментальные и обрабатываемые магериаль|[08
Влияние ИП на некоторые характеристики контактных процессов ....... 115
Длина контакта между стружкой и передней поверхностью резца 115
Силы и напряжения на рабочих поверхностях резца . 117
Коэффициенты трения на поверхностях инструмента . 123
3.4 Влияние ИП на термомеханические явления и оптималь-
ные скорости резания . 126
Особенности механизма износа инструмента с ЙП . 136
Установление взаимосвязи между относительным износом инструмента и энергетическим критерием А . 143
3.7 Роль ИП в формировании качества поверхностного слоя
Выводы по третей главе 153
ГЛАВА 4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ 156
4.1 Определение скоростей в условиях оптимального
резания 157
4.2 Обоснование выбора числовых значений параметров,
входящих в уравнение скоростей резания .... 161
Оптимальная температура резания 163
Определение сопротивления обрабатываемого материала пластическому сдвигу 166
Выбор значений теплофизических констант обрабатываемых и инструментальных материалов .... 167
Выбор подачи при определении оптимальных скоростей резания 168
Оценка влияний ИП на процесс резания .... 168
С01 169
Последовательность расчетов режимов резания . . 170
Исходные данные для расчета, сопоставление расчетных и экспериментальных значений скоростей резания. Блок-схема расчета скорости 172
Выводы по четвертой главе 180
ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 181
ЛИТЕРАТУРА 184
ТЕХНИЧЕСКИЕ АКТЫ ВНЕДРЕНИЯ 196
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
///7 - неперетачиваемые пластины; ИП - износостойкие покрытия;
д_ uiD/CJ о „ энергетический критерий, характеризующий собой теплого
вую активность стружки по отношению ко всей выделяющейся в зоне резания теплоте; e=tg/3{ - тангенс угла наклона условной плоскости сдвига;
величина, характеризующая степень пластических деформаций металла снимаемого припуска и поверхностного слоя обрабатываемой детали; IJ— 11Ь^ - критерий, характеризующий геометрию сечения среза; E=ft/fy - критерий, характеризующий степень влияния остроты
кромки инструмента и режимного параметра U1 ; р=.АРас - критерий, отражающий влияние геометрии инструмента и отношение теплопроводносгей инструментального и обрабатываемого материалов; F0 - сила трения на передней поверхности инструмента, Н; Ff - касательная к поверхности резания, сила трения на задней поверхности инструмента, Н; Gjfii - вес изношенной части резца, Н; вес стружки, Н; h - длина пути резания, м; M=b/fo - критерий, характеризующий степень влияния длины контактирующей части лезвия и режимного параметра; Ng - нормальная сила на передней поверхности инструмента,
действующая со стороны срезаемого слоя, Н; Л^ - сила упругого последействия со стороны поверхности
резания на задней контактной площадке инструмента, Н; Р - сила резания, Н;
PtR/Pfi- тангенциальная,радиальная и осевая составляющие
силы резания,Н; ре=УМ.і - критерий,аналогичный известному в теории подобия критерию Пекле, характеризующий' степень влияния режимных условий процесса VQj ш теплофизическиж свойств обрабатываемого материала Q ; Q - общее количество теплоты,выделяющейся при резании, Дк/ с ; Qc,Qd,0p " теплота стружки, детали и, резца, Дяс/с ; R—^/г - критерий,характеризующий степень влияния режимногсг параметра t т геометрического параметра инструмента Ґ ; S=/ґ - критерий, характеризующий степень влияния режимного параметра S и геометрического параметра Г ; Q - коэффициент температуропроводности обрабатываемого
материала, м/с ; Qi - толщина среза, м ;
t - суммарная длина рабочих частей" режущих кромок, м; ty - ширина среза, м ; Ср - удельная объемная теплоемкость обрабатываемого материала, ДжДг град ; Ьо/Г P/VZ - безразмерный относительный линейный износ инструмента ; hPlhulm - соответственно: радиальный износ, м; износ о задней поверхности, м; износ по массе, кг;
«
С - угол между направлением действия силы стружкообра-зования и плоскостью сдвига, град; K^Kf'K^ - безразмерный коэффициент, учитывающий суммарное
влияние износостойких покрытий (К-Л ж СОЖ (КрУ на
увеличение стойкости инструмента; Kl - коэффициент укорочетш стружкиї; I,bo - общая длина контакта и длина пластического контакта . стружки с передней поверхностью инструмента, м; /77= /Ь - отношение длины пластического контакта стружки с передней поверхностью инструмента к общей длине контакта; П=П{Пі " безРазмерный коэффициент, учитывающий суммарное влияние износостойких покрытий (77/) и COS ( /} на увеличение оптимальной скорости резания; О (J0 - тепловая интенсивность поверхностного Ож/м с)) и, линейного ОЗж/м а)) быстро движущегося источника тепла; Г - радиус при вершине резца в плане, м; S - подача резания, м; t —глубина резания, м; V - скорость резанияі, м/с; Л,У Z - координаты трехмерного пространства, м; А % - процент расхождения! расчетных и: экспериментальных данных;; А - величина контакта по задней поверхности инструмента^;
п С-
а - температура резания, '
00 - оптимальная температура резания, С;
Ы. - задний угол резца, град;
Р - угол заострения, град;
If - передний угол резца, град;
- угол при вершине резца в плане, град;
* Ар Л - коэффициенты теплопроводности инструментального и
обрабатываемого материалов, Дж/м с град;
/J - средний коэффициент трениа на передней поверхности инструмента;
ТС = 3,1416
Оі - радиус округления режущей кромка, м;
О'в - предел прочности при растяжении, Н/м ;
Т - время резания, с;
Тр - сопротивление обрабатываемого материала пластическому сдвигу, Н/м^; ip,ipf - главный и вспомогательный углы резца в плане, град.
Введение к работе
Реализация задач пятилетки, решений пленумов ЦК КПСС, государственных комплексных планов научно-технических программ в области машиностроения предполагает автоматизацию современного производства на основе научной организации и управления производством с помощью наиболее современной вычислительной, анализирующей и моделирующей техники. Это, в свою очередь, требует качественного совершенствования системы технологической подготовки производства, включая и нормирование режимов резания. Новые способы сбора, передачи и обработки информации изменяют коренным образом техническую и технологическую документацию, исключая или существенно сокращая бумажную форму ее существования. Поэтому совершенствование служб и средств нормирования режимов резания на основе использования вычислительной техники становится составной частью основных направлений развития современного машиностроения.
В связи с этим возникает необходимость расширения исследований, направленных на обобщение опыта существующих методов и разработки соответствующих теоретических основ расчетных методов назначения режимов резания. В большей мере ощущается необходимость расчетных методов на производствах авиационной, оборонной и др. отраслях промышленности, характеризующихся мелкосерийным производством, с частой сменой не только изделий, но и материалов. Внедрение новых технологических процессов, частая смена условий обработки, поиск оптимальных режимов резания - все эти мероприятия, решаемые традиционными методами, повышают сроки и себестоимость подготовки производства, что в конечном счете отражается на производительности и себестоимости выпускаемой продукции. Кроме того, эти трудоемкие традиционные методы назначения
режимов резания становятся неприемлемыми и с точки зрения обобщения экспериментальных данных.
Настоящая работа предлагает расчетный метод назначения режимов резания, учитывающий различные условия обработки и возможность использования НП с ИП применительно, прежде всего, к деталям авиационного профиля. Современное инструментальное производство, внедряющее автоматизированные гибкие инструментальные системы, требует широкий ассортимент НП повышенной производительности, в том числе широкого использования НП с ИП.
Предлагаемая расчетная модель назначения режимов резания основана на совместном рассмотрении термомеханических явлений, определяющих всю совокупность явлений, сопутствующих процессу резания. Температура и составляющие силы резания являются выходными параметрами процесса, с помощью которых можно контролировать, управлять и вносить ограничения в процесс обработки по заданным критериям производительности, точности и качества поверхностного слоя. Все это особенно существенно і*ри обработке деталей авиационного профиля. Обобщенные расчетные зависимости создают предпосылки к созданию систем автоматического управления процессами резания и являются составной частью при разработке гибких технологических комплексов.
Разработка основ расчетного метода назначения режимов точения опирается на теоретическое и экспериментальное исследования процесса резания с использованием основ теории подобия/88, 89j. Проанализированы и использовались в работе результаты исследований по теплофизике процессов резания: А.А.Авакова, П.И.Бобрика, Б.Я.Борисова, А.М.Даниеляна, В.А.Кривоухова, Т.Н.Лоладзе., А.Я.Малкина, А.В.Подзея, Н.Н.Рыкалина, Н.В.Талангова и др. В решении конкретных задач использованы, в первую очередь, резульга-
ты исследований по теплофизике процессов резания А.Н.Резникова и С.С.Силина.
При изучении физических основ, механики резания использованы фундаментальные работы В.Ф.Боброва, М.Б.Гордона, Г.И.Грановского, Н.Н.Зорева, А.И.Исаева, А.И,Каширина, М.Й.Клушина, А.А.Ма-талина, В.Н.Подураева, Н.Ф.Полетики, А.М.Розенберга, И.П.Третьякова, Л.В.Худобина и др. При обосновании и определении оптимальных режимов обработки, в первую очередь, использовались работы А.Д.Макарова и С.С.Силина. При обосновании оптимальных скоростей резания автор основывался также на результаты исследований В.К.Старкова и работы А.И.Белоусова, Г.И.Грановского, Н.Н.Зорева, М.Й.Клушина, Т.Н.Лоладзе и др.
При оценке влияния ИП на процесс резания использовались результаты работ А.С.Верещаки, С.В.Касьянова, В.П.Табакова, В.С.То-ропченова, А.А.Этинганга, Э.Ф.Эйхманс и др.. Учтены данные иностранных авторов, опубликованные в экспресс-бюллетене "Режущий инструмент" и других источниках /І08-ІІ0, 114, II57.
На основании анализа опубликованных работ поставлены задачи настоящего исследования.
Во второй главе разрабатывается и предлагается математическая модель термомеханических явлений с учетом несвободного резания, особенностей НП с ИП, позволяющая оценить тепловое состояние контактирующих тел и получить уравнение обрабатываемости.
В третьей главе представлены результаты экспериментальной проверки теоретической модели, позволяющие оценить и конкретизировать количественную связь между оптимальной скоростью резания и широким кругом параметров и условий, характеризующих процесс точения.
В четвертой главе на базе комплексного исследования сформу-
лирована методика расчетов режимов резания для широкого круга обрабатываемых материалов. Представлены расчеты, блок-схема для ЭВМ, Результаты внедрения и оценки эффективности расчетного метода определения режимов резания.
Выполненное исследование представляет собой часть общей проб* лемы, утвержденной планом работ по комплексной научно-технической программе "Авиационная технология". Исследование и внедрение результатов проводились в АнАТИ, АПОМ, НИИД в рамках хоздоговорной темы и плана НИР НИИД.
Работа выполнялась под руководством д.т.н., профессора С.С.Силина. Автор выражает глубокую благодарность к.т.н., доценту МОССТАНКИНа А.С.Верещаке за научную консультацию и помощь в выполнении данной работы.
