Введение к работе
Актуальность работы.Одним из основных технологических процес сов, определяющих экономический и технический уровень развития ма шиностроительного производства и, в конечном итоге, уровень развития общества, является процесс пластического деформирования материалов, в частности, процесс обработки резанием. Из-за несовершен ных заготовок и высоких требований к точности и качеству деталей машин до 80/5 металла, расходуемого на производство техники, прохо дит через металлорежущие станки, более 10 млн. т. металла снимает ся в виде стружки, вскрывается более 10 млрд. кв.ыетров поверхнос ти, т.е. процесс резания является исключительно важным технологическим процессом, без которого не может быть изготовлена современ ная техника. Одновременно, предстоящий период знаменуется новым подьемом и опережающими темпами развития машиностроения - отрасли во многом определяющей уровень развития промышленности и науки. Однако, некоторые вопросы теории и практики обработки материалов резанием до настоящего времени недостаточно изучены, нет единства взглядов на некоторые вопросы теории резания.
Существующие способы резания считаются само-собой разумеющимися, поэтому в значительной степени задерживается внедрение в производство прогрессивных методов обработки резанием с применением различных источников энергии.* так называемые электрофизические, электрохимические и комбинированные метода обработки.
В связи с непрерывным ростом объемов обработки резанием; при менением новых видов металлопродукции и конструкционных материалов, отличающихся низкой обрабатываемостью; усложнением формы деталей техники; экономией инструментального материала, содержащего остродефицитные металлы, дальнейшее совершенствование методов обработки резанием и разработка новых методов является одной из актуальных и основных задач научно-технического прогресса в технологии машиностроения и науке о резании материалов.
Актуальность работы определяется и тем, что тематика работы является частью, межвузовской комплексной научно-технической программы и,как важнейшая, утверждена Постановлением Совета Министров Армении ( тема 0.16.02. "Разработать процессы обработки материалов с применением ультразвука", X гос.рег. 74049127).
Цалъ и задачи исследования. Целью работы является разработка научных принципов обработки резанием с применением дополнительной подпитки структура резания энергией и определение перспективного направления повышения эффективности обработки труднообрабатывае-
мах материалов за счет использования энергии УЗ колебаний. В число решаемых задач при этом входили:
апробация научных положений теории резания и комбинированных методов обработки применительно к процессу резания труднообрабатываемых материалов высокими скоростями резания:
выявить закономерности процесса пластического деформирования и грения при резании с использованием УЗК инструмента и разработать модель резания на основе новейших достижений научной мысли;
изыскать возможности повышения эффективности резания труднообрабатываемых материалов и внедрить их в производство.
Научная новизна работы.
Выявлены закономерности образования структуры резания, кото-рал характеризуется масштабностью и кооперативноотью поведения на териала на всех уровнях описания и подчиняется законам эволюции. Сформулировано условие, определяпцее конфигурацию области резания как поток массы, через определяющие область стружкообразования по верхности, есть постоянная величина, зависящая от условий резания Определены условия устойчивости области резания и её эволюции от воздействия флуктуации, а образование структуры резания и процесс эволюции материала в ней с выходом новой конфигурации, является реальным выражением теоретической модели "брюсселятор".
Определены: закономерности геометрического содержания структуры резания л кинематики образования отружки в ней, учитывавшие реальное положение поверхности, с которой обрабатываемый материал вовлекается в процесс деформирования, при этом вводится коэффициент усадки стружки ^L ; условия образования твердого тела стружки, наростообразования и износа передней грани резца.
Разработана принципиально новая, обобщенная модель пластического деформирования при резании; определена физическая модель, обеспечивающая коолеративность поведения материала на всех уровнях описания при пластическом деформировании; показано, что разработанная модель деформирования при резании, включает в себя все ранее существующие как частные решения, позволяет более полно описать процесс струхкообразования и раскрыть механизм положитель влияния УЖ режущего клина на процесс резания материалов.
Оценены возможности применения энергии высокочастотных колебаний для подпитки структуры резания. Найден интервал скоростей резания, при которых применение УЗК целесообразно и сформулирован критерий эффективности использования УЗК при резании, учитывающий физико-механические свойства обрабатываемого материала, скорость
резания и акустические параметры УЗК инструмента;
Получены математические зависимости эффективных коэффициентов трения по передней грани колеблющегося режущего клина, эффективных твердостей материалов при испытаниях на прочность, а также зависимости, характеризующие процесс пластического деформирования при резании и влияния УЗК на его параметры. Установлены математические модели влияния элементов режимов процесса резания и амплитуда УЖ инструмента на выходные параметры процесса точения.
Практическая ценность и реализация результатов работы.
Развитие выдвинутых в работе научных положений позволит обье динить в единую теорию мозаику многочисленных результатов теории и практики резания, повысить прогнозируемость и уровень оптимизации процессов резания, обосновать полную целесообразность методов подпитки обрабатывавших структур дополнительной энергией для новы шения эффективности обработки и получения нового качества.
Разработаны рекомендации по использованию УЖ инструмента с целью: повышения эффективности обработки и качества обработанных изделий из труднообрабатываемых материалов при точении, зубодолб-лении и шевинговании; демпфирования автоколебаний системы СПИД; получения программируемой поверхности (микрорельеф, наклеп идр.) изделий; адаптивного управления процессом резания за счет'регулирования параметров УЗК инструмента, а также методы экспресс -- анализа на обрабатываемость материалов и способы УЗ обработки.
Разработанные .рекомендации были внедрены в производство. Сум марный годовой эффект от внедрения составил - 2854 тыс.руб.в год
Основные положения..внносимнв на защиту:
научные положения по теории резания применительно к процессу стружкообраэования и процессам пластического деформирования, устойчивости сиотемы СПИД и подпитки структур резания энергией УЗК;
теоретические и экспериментально обоснованные технологические принципы реализации процессов резания с принудительными УЖ инструмента, в частности, точение труднообрабатываемых материалов высокими скоростями резания при нормированной стойкости резца;
системы управления процессом резания, демпфирования автоколебаний системы СПИД, экспресс - анализа на* обрабатываемость.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов ЕрПИ (Ереван І974-І990Г.), зональной конференции "Современные эл--фиэ., эл-хим., электроннолучевые методы обработки материалов"
(Пенза 1980г.); семинаре секции ультразвука ЦП НТО МАШПРОМ "Опыт применения ультразвука в отраслях промышленности"(Ереван 1981г.), XXI научно-технической конференции втузов Закавказья (Ереван
1002г.); 10-й научно-техкдгчоской конференции ГОНТО (Ереван 1083г.
научно-технической конференции ЦП УкпНТО МАШПРОМ (Киев 1984г.), 3-й зональной конференции "Электофизические метода обработки" (Пенза 1985г.); 23-й научно-технической конференции РСНТО (Ереван 1986г.), 6-й Всесоюзной конференции по УЗ методам обработки (Москва 1987г.),научно-технической конференции "Опыт применения УЗ
техники и технологий" (Москва ИЯ7г.), 24-й ияучяо-тйттгпйпжпй конференции РСНТО (Ереван 1987г.), Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы комплексной автоматизации машиностроения" (Ереван 1988г.), Всесоюзной научно-технической конференции "Обра-ботка-88"(Москва 1988г.), Всесоюзной научно-технической конференции "Опит применения УЗ техники и технологий в машиностроении" (Саратов 1985г.)і Всесоюзной научно-технической конференции "Новые разработки в области УЗ техники и технологий и опыт их применения в машиностроении" (Новосибирск 1989г.), Региональной научно-практической конференции ВНТО МА1ШР0М м ВО Авиастроителей "Инструментальное обеспечение автоматизированных систем механообработки" (Иркутск 1990г.), Всесоюзной научно-технической конференции "Новое УЗ технологическое оборудование и аппаратура, опыт их применения в промышленности" (Севастополь 1991г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 48 работ, в том числе 10 авторских свидетельств.
Структура и обьем работы. Диссертация состоит из введения, семи разделов, общих выводов, библиографического списка из 199 наименований, приложений и включает 305 страниц машинописного
теките ,I4S jji&vytiKUti л 20 -гййлпц.