автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Повышение эффективности и обеспечение надежности резания инструментом из твердого сплава с износостойким покрытием

г

На правах рукописи

Шарипов Олег Анатольевич

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ И ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ РЕЗАНИЯ ИНСТРУМЕНТОМ ИЗ ТВЕРДОГО СПЛАВА С ИЗНОСОСТОЙКИМ ПОКРЫТИЕМ.

Специальность 05.03.01 - Процессы механической и физико-

технической обработки, станки и инструмент.

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1997

Работа выполнена в Московском Государственном Технологическом Университете "Станкин".

Научный руководитель - кандидат технических

наук, доцент Власов В.И.

Официальные оппоненты - доктор технических

наук, профессор Гречишников В. А.

- кандидат технических наук, старший научный сотрудник Семенченко И.В.

Ведущее предприятие - Научно - исследовательский институт технологии и организации производства двигателей.

Защита диссертации состоится "48" апреля 1997 г., в часов мин. на заседании специализированного Совета К 063.42.05 при Московском Государственном Технологическом Университете "Станкин", по адресу:

101472, ГСП, Москва, Вадковский пер., д. За.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ "Станкин".

Ваш отзыв на автореферат, заверенный печатью, просим направлять по указанному адресу.

Автореферат разослан марта 1997 г.

Ученый секретарь специализированного Совета к.т.н., доцент

Ю. П. Поляков

Общая характеристика работы.

Актуальность работы. Удовлетворение возрастающей потребности общества в продукции машиностроительного производства высокого качества в условиях экономии общественно необходимого времени на изготовление и уменьшения расхода режущего инструмента требует решения задачи увеличения износостойкости режущего инструмента.

Как показала практика, наиболее эффективным путем повышения износостойкости инструмента и обеспечения его надежной работы в условиях автоматизированного производства является поверхностное упрочнение путем нанесения износостойких покрытий. Однако возможности этого способа упрочнения еще не исчерпаны.

Широкое применение в промышленности такого инструмента сделало актуальной задачу получения покрытий, обладающих наибольшей износостойкостью и определения оптимальных условий его надежной эксплуатации в автоматизированном производств.

Работа выполнена в соответствии с планом научно-технических работ МГТУ "Станкин", программой ГКНТП РФ "Технологии, машины и производства будущего" (проект 06.01.05) и международным проектом "Kombinirte Yjnenstrahl- und Beschichtungstechnologie."

Цель работы. Целью данной работы являлось повышение производительности твердосплавного инструмента и обеспечение надежности резания путем оптимизации режима нанесения износостойкого покрытия и режима эксплуатации инструмента с покрытием в условиях автоматизированного производства.

Научная новизна работы заключается в:

- установленных значениях сопротивления изнашиванию твердосплавного инструмента с различными износостойкими покрытиями и выявленном влиянии режима резания на сопротивление изнашиванию;

- разработанном рациональном плане эксперимента для параметрической идентификации математической модели резания, позволяющим уменьшить расход времени и ресурсов при проведении эксперимента;

- построенных динамических стохастических математических моделях резания, описывающих резание как нестационарный случайный процесс и позволяющих решать задачу стохастического программирования методом линейного программирования, путем сведения ее к детерминированному эквиваленту.

Практическая ценность работы заключается в:

- методике определения сопротивления инструмента изнашиванию, позволяющей объективно оценить режущие свойства инструментального материала;

- разработанных программах для построения рационального плана эксперимента и расчета оптимальных режимов нанесения износостойких покрытий;

- разработанных рекомендациях по применению стохастических динамических моделей для решения задачи обеспечения надежности резания в условиях автоматизированного производства.

Реализация работы. Режимы нанесения износостойкого покрытия используются при производстве твердосплавных пластин с КИПО на НПО " НОВАТЕХ ", АОЗТ " Виртус ". Рациональный план эксперимента используются в учебном про-

цессе при проведении занятий по курсу "Математическое моделирование технологических процессов" кафедрой " Резание материалов" МГТУ "СТАНКИН".

Апробация работы. Результаты работы докладывались на заседании кафедры " Резание материалов " МГТУ " СТАНКИН "(г. Москва 1994 г.), научно-техническом семинаре "Повышение эффективности машиностроительного производства" (г. Москва 1994 г.).

Публикации. По результатам работы опубликованы две научные статьи.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 131 страницах машинописного текста, содержит 18 рисунков, 17 таблиц, список литературы из 62 наименований, приложения приведены на 11 страницах. Общий объем работы 150 страниц.

Содержание работы.

В введении обоснована актуальность работы, дается общая характеристика.

В первой главе дан анализ современного состояния вопроса, сформулированы цель и задачи исследования.

Обработка резанием остается основным технологическим способом окончательного получения формы и размеров детали, причем меняется тенденция увеличения объема механообработки резанием рост расходов на обработку резанием во всех промышленно развитых странах. Поэтому снижение себестоимости операций механообработки резанием и рост производительности резания являются важнейшими проблемами механообрабатывающей промышленности.

Решение задачи повышения эффективности резания включает в себя, как выбор метода повышения эффективности, так и выбор критерия эффективности.

Повышение эффективности резания может осуществляться как путем уменьшения сопротивления обрабатываемого материала резанию, так и путем увеличения сопротивления изнашиванию режущего инструмента и оптимизацией режимов резания.

Наиболее перспективным направлением увеличения сопротивления изнашиванию является поверхностное упрочнение с использованием износостойких защитных покрытий.

Среди методов физического осаждения покрытий, одним из наиболее эффективных является метод комбинированной ионно-плазменной обработки (КИПО) твердосплавных пластин, включающий в себя нанесение износостойких покрытий ионно-плазменным методом катодной ионной бомбардировкой (КИБ) с последующей обработкой в среде азота или углерода, активированных плазмой тлеющего разряда. Этот метод позволяет получить твердосплавный инструмент с наибольшим сопротивлением деформации и разрушению.

Механизм повышения сопротивляемости твердых сплавов (типа WC-Co, WC-TiC-Co) пластическому деформированию при термомеханическом воздействии связан с упрочнением связки (Со, Ni-Mo) за счет диффузии углерода или азота, а также с увеличением стехиометрии карбидов WC и TiC.

Эффективность резания, то есть один из параметров резания, характеризующий качество резания в целом, оценивалась нами производительностью инструмента.

В роли эффективности резания может выступать любой параметр резания. Однако в случае сравнения резания различными инструментами, целесообразно

пользоваться именно производительностью инструмента, т.е. площадью поверхности изделия, обработанной инструментом за время резания до смены инструмента.

^=103-5-у-Т, м О),

где: 5 - подача, мм/об;

V - скорость резания, м/мин;

Т - время резания, мин.

Сравнение эффективности резания инструментами с различными покрытиями должно осуществляться путем сопоставления значений целевой функции (производительности инструмента) на оптимальных для каждого из инструментов режимах. При таком сравнении ни один из инструментов не будет поставлен в невыгодные условия, и оценка режущих свойств инструментов будет наиболее объективна.

Анализ работ в области методов повышения эффективности резания за счет применения твердосплавного инструмента с износостойким покрытием, исследование их режущих свойств и кинетики изнашивания позволяет отметить следующее.

1. Все возрастающая потребность металлообрабатывающей промышленности, особенно автоматизированного производства в высокопроизводительном режущем инструменте, сильно сдерживается из-за все возрастающей стоимости твердосплавного инструмента, содержащего дорогостоящие и дефицитные элементы титана, тантала, ниобия и т.д. Наиболее эффективным путем решения проблемы является увеличение производства инструмента из нетанталосодержащих твердых сплавов с износостойкими покрытиями.

2. Несмотря на достаточно большое число исследований, посвященных повышению эффективности резания от применения твердосплавного инструмента с износостойким покрытием, большая часть из них посвящена разработке новых составов многослойно-композиционных покрытий вне связи с особенностями поведения в процессе изнашивания инструмента.

Таким образом, отсутствие комплексного научного подхода к созданию высокопроизводительного режущего инструмента из твердого сплава с комбинированной ионно-плазменной поверхностной обработкой затрудняет проведение целенаправленного научного поиска в сферах разработки, производства и рациональной эксплуатации такого инструмента.

Поэтому, установление закономерностей связи состава, параметров процесса получения и свойств износостойкого комплекса, формируемого в процессе КИПО, с функциональными параметрами резания, изнашивания и эффективностью резания твердосплавным инструментом с КИПО является актуальной научно-технической проблемой, направленной на повышение эффективности и обеспечение надежности процесса резания.

В комплексе эти вопросы для инструмента с износостойким покрытием ранее не рассматривались. Для их решения в работе поставлены задачи:

1) определения состава покрытия на стадии проектирования инструмента;

2) определения оптимального режима нанесения покрытия, обеспечивающего максимальное сопротивление изнашиванию, на стадии изготовления инструмента;

3) определения оптимального режима резания инструментом с покрытием, обеспечивающего максимальную эффективность и заданную надежность, на стадии эксплуатации.

Во второй главе рассмотрены вопросы разрушения инструментального материала. Разрушение относится к поверхностным явлениям, так как предполагает образование новой поверхности. Атомы на границе раздела разводят на доста-

точно большое расстояние, при котором прекращается молекулярное взаимодействие. Разрушение инструмента в результате трения происходит если кристаллическая решетка инструментального материала поглотит энергию определенной величины, необходимую и достаточную для того чтобы разорвать молекулярные связи между двумя соседними атомами. При чем безразлично какого вида энергия подводится - механическая, тепловая, электрическая, световая и т.д.

Согласно Борну, нарушение межатомных связей кристалла в результате теплового движения атомов подобно разрушению кристаллической решетки под действием приложенных напряжений.

При разрушении тела, находящегося в состоянии термодинамического равновесия, сумма внутренней тепловой энергия разрушаемого материала, механической энергии предельной пластической деформации и свободной энергии вновь образованной поверхности есть величина постоянная равная произведению плотности материала на сумму энтальпии разрушаемого материала при температуре плавления и теплоты плавления

0 р У р

|С.р.«/9 + /х-^+г-АО =р-(Яп+Ьп>С0'"' (2), о о

где:0 р - температура, разрушаемого тела, К, с - удельная теплоемкость, Дж /г • К , р - плотность, р ,

У - относительный сдвиг при разрушении, Т - напряжение сдвига, Па, Г - поверхностное натяжение, Дж / до ^ , АО - увеличение дисперсности, цд 1,

ип - удельная энтальпия, при температуре плавления, Дж / , 1_1П- удельная теплота плавления, Дж / .

Из этого уравнения следует, что увеличение внутренней тепловой энергии разрушаемого материала приводит к уменьшению механической энергии предельной пластической деформации изнашивания при постоянстве свободной энергии вновь образованной поверхности и произведения плотности изнашиваемого материала на сумму энтальпии при температуре плавления и теплоты плавления.

У 6

Му =р (Нп+Ьп)-Г А£>-р \c-dQ о о

Сопротивление разрушению приблизительно равно

ЯР '^П /"\ я+1

- ' (4)'

Так как изнашивание является процессом длссипативным, т.е. сопровождаемым потерей подводимой энергии, то при трении поглощается не вся подводимая энергия, а только ее часть.

Число циклов нагружения приводящих к разрушению материала равно

(3)

N =

( ^ о р

(5),

\С7 у

где: (У р - удельная энергия разрушения,

^ - поглощаемая энергия, I - показатель усталости. Если »20 > а * = 7, то для разрушения единицы объема тела , работу

трения необходимо повторить Раз-

Отношение работы трения Ат к объему изношенного слоя V/ называется сопротивлением изнашиванию^..

А

Ж

. Дж /м

(6)

Из условия равенства энергий необходимых для плавления и разрушения следует, что сопротивление изнашиванию, как и удельная энергия разрушения вообще, зависит от теплового состояния режущего инструмента. На сопротивление изнашиванию оказывает влияние напряженное состояние инструмента.

Сопротивление изнашиванию приближенно равно

а ¡= а о-а -0 А- (7).

где 0 -контактная температура, К.

Для изнашивания некоторого объема на задней поверхности дш необходима энергия, равная

с1Аг = а ,сН¥

(8).

В результате изнашивания инструмента по задней поверхности образуется новая поверхность, форма которой определяется формой поверхности резания, представляющей собой совокупность траекторий рабочего движения. Приращение толщины изношенного стоя (см. рис.1)

с1 X =

й к

(с1

Тогда приращение энергии изнашивания составит

й А

<з ¡Ъкъд. Из

(10).

Рис.1.

где: а - задний угол; б - угол резания; Ь - ширина резания; ^ - износ по задней поверхности. Энергия необходимая на изнашивание некоторого объема на задней поверхности инструмента равна работе трения о заднюю поверхность инструмента. Работа трения равна

Лт = РЛ =Рз-\-Т (11>-

где: Р3 - сила трения по задней поверхности; Ь- путь пройденный резцом; V - скорость резания; Т- время резания. Приращение силы трения

(12),

(I Р з = X О <1 ¡1 з

где X - касательное напряжение в контакте.

Подставляя уравнение (12) в уравнение (11) получим приращение работы трения

с1А г = т -V -Тйк з (13)-

Приравнивая (10) и (13), находим износ по задней поверхности инструмента

/2 з = (ctga - с tgЬ )-—V • Т (»4)

у

Сила трения задней поверхности о поверхность резания определяется напряжением сдвига на поверхности контакта и площадью этой поверхности, и соответственно равна

или

Р , = т Ь h , (15)-

р 3= {ctga - ctgb)±—b -v -Т (16).

G j

Сопротивление изнашиванию равно

• ( , , y-dPjdT

CT j = sin Ф (с iget - ctg6 )-----j- (i7)i

¡■•{dhi/dT )

Касательное напряжение на поверхности контакта (напряжение трения) рав-

e ; „ m dP JdT (18>-т = 81П ф t • d h i/d Т

Увеличение износа инструмента и силы трения вызывают соответствующее увеличение силы резания и температуры. Чем больше контактная температура тем меньше сопротивление изнашиванию. Напряжение трения также уменьшаются с увеличением температуры, но степень влияния температуры резания на напряжение трения отличается от степени влияния температуры на сопротивление изнашиванию.

Из (17) и (18) следует, что отношение напряжения трения на поверхности контакта к сопротивлению изнашивания (изнашиваемость инструмента), равно

£ = -I- = _Л-Ь-Л_

а , (с?а - с1Я8 )ус1Т

Изнашиваемость инструмента оказывает значительное влияние на износ инструмента. Из формулы (14) видно, что износ инструмента с ростом скорости резания и времени резания увеличивается прямо пропорционально. Косвенное влияние скорости резания на износ, благодаря влиянию на изнашиваемость, значительно больше явного.

В третьей главе дана общая методика исследования сопротивления изнашиванию.

В соответствии с задачами и целью работы использовали как стандартные, так и специально разработанные методики.

В главе 3 изложены методики, которые являются общими для всех исследований. При рассмотрении специальных вопросов использовали методики, особенности которых подробно рассмотрены в соответствующих разделах.

Методика определения режущих свойств инструментального материала включает в себя методику определения сопротивления изнашиванию. Путем сокращения на с!Т приводим уравнение (17) к следующему виду

(у . = втер {cíga - ctgЪ)

V -йР , 1-(с11г зУ

(20).

В уравнении (20) заменяют бесконечно малое приращения величин (ЦР2 и их конечными приращениями за конечный промежуток времени ДГ (смотри рис.2). В результате измерения приращения износа инструмента по задней поверхности и приращения активной составляющей силы резания ДРг за конечный

промежуток времени Л7' сопротивление изнашиванию определяют по следующей формуле.

I ДА

(21).

Из уравнения (18), сокращая на <П\ получим

йР 3

5 1П ф

I -й к

(22).

Износ *1 Ь ,мм

Сила

резания

Рг,кН.

Время резания Т, мин. »т

Время резания Т, мин. рис ^

Заменяя бесконечно малое приращения величин ¿Рг и их конечными

приращениями за конечный промежуток времени ДГ, определяли напряжение трения в контакте по формуле

X =8 ¡ПО) \Р, 3 (23).

Минимально допустимое сопротивление изнашиванию определяется следующим образом.

Сопротивление изнашиванию и напряжение трения с увеличением скорости резания и соответствующей ей температуры в контакте уменьшаются.

Изнашиваемость инструмента сначала уменьшается, а затем увеличивается

8=^

Рис.3.

Минимум изнашиваемости инструмента соответствует скорости при которой в зоне трения развиваются температуры начала резкого разупрочнения инструментального материала.

Значение сопротивления изнашиванию при данной температуре (и соответствующей скорости резания) является минимально допустимым.

Численные значения изнашиваемости определяли, заменяя в формуле (19) бесконечно малое приращение износа ^ изменением износа за конечный промежуток времени ЛТ, по формуле

а, у-ДТ

Значение минимально допустимого сопротивления изнашиванию экспериментально определяется в следующем порядке.

1. Принимаются зависимости сопротивления изнашиванию & , напряжения

трения и изнашиваемости инструмента ^ от скорости резания V в виде экспоненциально-степенной модели вида

Л=С/-уа,ехр(6/у) (25).

2. Скорость резания V варьируется на Б > 3 уровнях и устанавливаются реализуемые в области управления значения сопротивления изнашиванию <3 ] , напряжения трения -р и изнашиваемости инструмента с, •

3. Устанавливаются значения параметров модели £ , , на реализуемых в эксперименте значеннях скорости резания V, сопротивления изнашиванию (у напряжения трения ^ и изнашиваемости инструмента С, ■

4. Определяется скорость резания при которой изнашиваемость инструмента ^ будет минимальной

Го = -^г (26)-

Оз

5. Определяется минимально допустимое сопротивление изнашиванию д по формуле

а»=С-¥ао'-™р(ЬУо <27)

В четвертой главе устанавливаются оптимальные режимы нанесения покрытия методом КИПО на твердосплавный инструмент.

Установлено, что и в легких условиях работы, при точении стали 40Х твердосплавными пластинами Т5К10 с покрытием различного состава на режимах резания: 1=1, 5=0.085, п=400 об/мин, Т=10 мин и в тяжелых условиях при точении стали 40Х твердосплавными пластинами Т5К10 с покрытием различного состава на режимах резания: 1=2, 5=0,45, п=540, Т=10, наибольшее сопротивлением изнашиванию имеет сплав с покрытием состава (ТьСг^ИА-ТШ.

Исходя из этого следует , что для всего рассматриваемого нами диапазона режимов точения стали 40Х пластинами из твердого сплава Т5К10, оптимальным является покрытие СП-Сг)-ИА.-ТПМ.

Решается вопрос о комплексном учете влияния воздействующих факторов на процесс нанесения многослойных многоэлементных износостойких комплексов и выработке оптимального управляющего воздействия на основе решения задачи управления с учетом качества полученного покрытия через более объективный контролируемый параметр.

При управлении процессом нанесения комплексного многослойного многоэлементного покрытия методом КИБ состава ("П-СО-ИА-ИЫ в качестве управляющих факторов рассматривались следующие физические величины:

- процентное содержание хрома в подслое Тл-Сг (состав подслоя) - ;

- опорное напряжение при конденсации подслоя Тл-Сг - "у,;

- время конденсации подслоя 'П-Сг т._Сг;

- опорное напряжение при конденсации слоя 7Ш -£/„;

- давление азота в камере при конденсации слоя ТШ - р;

- время конденсации слоя ТТО •

Предлагается использовать в качестве контролируемого параметра сопротивление изнашиванию, как свойство инструментального материала, удовлетворяющее всем требованиям, предъявляемым к параметрам. Исследования с использованием этого параметра еще не проводились. Методика определения величины сопротивления изнашиванию подробно изложена в главе 3.

На основании проведенных ранее исследований можно предположить, что математическая модель процесса нанесения износостойкого комплекса состава (ТьСг)-ИА-Т1Ы будет описываться мультипликативной экспоненциально-степенной функцией вида:

- /-< 1 я" а'г т а> а' Т Т я'г> a^ „

СТу-С Гксг' Т П-Сг' иг Т ш' и II' Р И' *

* ехрОн-ксг+Ьгт п-сг+Ьз-и 1+Ьгт тж+Ьуи и + Ьб'Ры) (28)"

Экспоненциально-степенные модели используются для безусловной оптимизации.

Задача экономии времени и ресурсов при проведении экспериментов для идентификации математических моделей резания решена путем разработки принципиально нового рационального плана эксперимента.

При выборе плана эксперимента были поставлены следующие условия:

-Число опытов должно быть не меньше, чем количество неизвестных параметром (в противном случае задачу моделирования не возможно будет решить)

-Точки в факторном пространстве должны быть расположены равномерно. От этого зависит точность математической модели.

-Число опытов должно быть близко к числу неизвестных параметров модели, т.е. план должен быть насыщенным.

Последнее из этих трех условий обеспечивает экономию времени и ресурсов при проведении экспериментов.

В связи с этим был разработан новый рациональный план эксперимента, удовлетворяющий всем перечисленным выше условиям.

- Рациональный план - часть всех возможных сочетаний п факторов, варьируемых на в уровнях.

Рациональный план образует равномерную кубическую решетку внутри усеченного многогранника с п+1 вершинами в п-мерном факторном пространстве.

Число опытов в рациональном плане равно

р = (и + 5 -!)!/«!(« - 1)! (29).

При решении задачи планирования методами математического программирования используется не весь выпуклый правильный многогранник, а только его часть, имеющую форму усеченного многогранника.

Форма многогранника образуемого в факторном пространстве рациональным планом ближе к форме области допустимых решений (см. рис.4).

Z(2]

Факторный план

Рациональный план

Область допустимых решений

Рис.4.

Рациональный план и был использован при установлении зависимости сопротивления изнашиванию с износостойким покрытием от режимов нанесения покрытия (давления, напряжения, времени). Требуемая точность математической модели была обеспечена при минимальном (по сравнению с другими планами) количестве опытов.

Для построения плана эксперимента для математических моделей второго порядка нами была разработана и использована программа, написанная на языке программирования Quick Basic 4.5.

Определялось сопротивление изнашиванию сплава Т5К10 с различными вариантами износостойкого покрытия полученных при использовании режимов нанесения покрытия в соответствии с планом эксперимента при точении стали 40Х.

Исследования проводили на токарно-винторезном станке 16К20 резцом со сменными многогранными пластинами формы , с геометрией резания a =7, 5 =97, Ф =45, на следующих режимах резания: t = 2 мм, So = 0,3 мм, V = 220 м/мин, Т = 10 мин.

Экспоненциально-степенная модель процесса нанесения износостойкого комплекса состава (Ti-Cr) -ИА - TiN имеет следующий вид

_ . л - 5 1,03 0,72 15.11 1,73 4,05 1.55

а , = 2,97-10 kcr -х п-сг Ui t тш Uл PN x

x exp(-0,069^Cr-0,087T л_Сг-0,060-£//-0,033-г nv-Q.02i-Ua-2^35-pN) (30)

Оптимальный режим нанесения покрытия определяется путем дифференцирования сопротивления изнашиванию в частных производных.

В пятой главе установлены оптимальные режимы эксплуатации твердосплавного инструмента с покрытием, полученным методом КИПО.

Применение износостойких покрытий и износостойких комплексов позволяет, за счет увеличения сопротивления изнашиванию, не только существенно снизить износ инструмента но и снизить тепловой поток из зоны резания. В результате критические температуры для упрочненного инструмента достигается при больших скоростях резания, что приводит к смещению минимума функции интенсивности изнашивания в сторону больших скоростей.

Эффективность резания оценивалась производительностью инструмента, а в качестве одного из контролируемых параметров процесса резания предлагается использовать сопротивление изнашиванию, так как этот параметр позволяет наиболее объективно судить о качестве и состоянии режущего инструмента непосредственно в процессе резания.

Методика определения численных значений сопротивления изнашиванию подробно изложена в главе 3.

Распределение случайных параметров резания имеет вид

Б^) = 1-ехр

п

• п

У=1

а,

(31).

где: Я, - параметры резания; х у - факторы резания; с, - коэффициенты; а,у - экспоненты; О^, - показатели распределения.

Так как резание находится под воздействием случайных факторов резания, а его параметры закономерно изменяются с течением времени, то резание необходимо рассматривать, как нестационарный случайный процесс.

Характеристикой случайного параметра резания является закон его распределения, отражающий связь между возможными значениями случайных параметров и вероятностью их появления.

Для решения задачи обеспечения надежности резания в условиях автоматизированного производства необходимо использовать стохастические динамические математические модели на основе функций распределения параметров резания.

Для описания точения как нестационарного случайного процесса использовано распределение

/ЧЛ)=1-ехр[-(Д/С ^ив'Г4)в] Р2).

где: И - параметр резания ; I - глубина резания, мм; в - подача, мм; п - частота вращения, мин"'; Т - время резания, мин;

Преимуществом данной модели является то, что путем двойного логарифмирования она может быть сведена к линейной полиномиальной, а задача планирования решалась бы с помощью аппарата линейного программирования.

Задача оптимизации режимов резания инструментом с покрытием каждого вида при продольном точении формулировалась нами следующим образом: при известной глубине резания t и подаче S, определить такие значения частоты вращения п и времени резания Т, которые в условиях ограничений по шероховатости обрабатываемой поверхности твердосплавного инструмента Ra < 5 мкм и сопротивления изнашиванию (для каждого варианта покрытия эта величина будет разной), составляющей силы резания Pz < 2.5 кН, и вероятности отказа G(R) < 0.05 (G(R)<0.368) обеспечивают максимальную производительность инструмента:

s-n-T = max (33).

exp [-^ayCirn-San-nau-TalAjyG(R) (34)

ехр \-(^^С2Г21-За22-па22-Та24Уу1-0(К) (35)

exp [-([pz]/c3-ia31-1Sa32-na33-r34)tl]<G(i?) Об)

Целевую функцию и ограничения-неравенства путем логарифмирования приводятся к линейному виду

1 In n + 1 In Т = max (37)

( Г„ 1 \

ап\пп+ а,ЛпТ < In

ы

051

аЛппл- а^ЫТ > - In

Ы

Cita21Sali

lulu^ n, a 2 1 -G(R)

(39)

a»\nn+ а,ЛпГ<1п

Ы

VC3tanSa3V

bninW)

(40)

Инструмент оснащенный твердосплавной пластиной подвергнутой комбинированной ионно-плазменной обработке (КИПО) в общем случае позволяет значительно повысить эффективность обработки по сравнению с неупрочненным инструментом, инструментом подвергнутым ионному азотированию и по сравнению с инструментом с нанесенным нитридотитановым износостойким покрытием.

Л

Основные выводы.

1. Использование сопротивления инструмента изнашиванию (у равного

отношению работы трения к объему изношенного слоя, позволило объективно оценить свойства инструментального материала.

2. Разработанная методика определения сопротивления инструмента изнашиванию, позволило установить его значения для инструментов из твердого сплава Т5К10 с различными износостойкими покрытиями при точении стали 40Х и влияние на него режимов нанесения покрытия и резания, а также определить вариант покрытия, обеспечивающий максимальное сопротивление инструмента изнашиванию.

3. Разработанный рациональный план эксперимента позволил сократить время проведения эксперимента и расход материалов при идентификации математической модели резания.

4. Разработанные математические модели позволили определить оптимальные условия нанесения износостойких покрытий и оптимальный режим резания, обеспечивающий надежное получение продукции в условиях автоматизированного производства.

5. Использование оптимального режима нанесения покрытия в НПО "Новатех" и АОЗТ "Виртус" обеспечило повышение качества режущего инструмента и уменьшение его расхода в производстве.

Основные положения диссертации изложены в следующих публикациях:

1. Шарипов О. А.

"Планирование эксперимента при моделировании резания." Тезисы докладов международного научно-технического семинара. "Высокие технологии в машиностроении: диагностика процессов и обеспечение качества.", Алушта, 1996 г.

2. Шарипов. О. А. , Власов В.И.

" Сопротивление изнашиванию.'' - в журнале "Вестник машиностроения.", Москва, 1997 г. - № 6.