автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Повышение эффективности процессов точения на основе применения инструментов с цилиндрической передней поверхностью

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ ФОРМ ПЕРЕДНЕЙ ПОВЕРХНОСТИ.

1.1. Плоская форма передней поверхности.

1.2. Передняя поверхность с радиусной канавкой вдоль режущей кромки.

1.3. Локальные сферические углубления на плоской передней поверхности.

1.4. Локальные сферические выступы на плоской передней поверхности.

1.5. Передняя поверхность сложной формы.

1.6. Цилиндрическая передняя поверхность.

1.7. Цели и задачи исследования.

2. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РЕЗЦОВ С ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ПЕРЕДНЕЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ.

2.1. Специфические геометрические параметры.

2.2. Расчет кинематических углов.

2.3. Толщина срезаемого слоя и рабочая длина режущей кромки.

2.4. Моменты инерции и сопротивления поперечного сечения стружки.

2.5. Выводы.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ ПРИ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ПЕРЕДНЕЙ ПОВЕРХНОСТИ.

3.1 .Полная ширина площадки контакта.

3.2. Усадка стружки.

Ф 3.3. Средняя температура резания.

3.4. Силы резания.

3.5. Выводы. щ 4. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РЕЗЦОВ С КРИВОЛИНЕЙНОЙ РЕЖУЩЕЙ КРОМКОЙ, ОБУСЛОВЛЕННОЙ

ФОРМОЙ ПЕРЕДНЕЙ ПОВЕРХНОСТИ.

4.1 .Резцы с вогнутой режущей кромкой.

4.2.Резцы с выпуклой передней поверхностью.

4.3 .Выводы.

Эффективность работы предприятий машиностроительного комплекса во многом определяется эксплуатационными характеристиками режущих инструментов. При этом в отдельных отраслях машиностроения детали машин и механизмов по условиям их эксплуатации изготавливают из труднообрабатываемых материалов, лезвийная обработка которых сопряжена с низкой стойкостью инструмента.

Основу современных металлорежущих инструментов составляют сменные многогранные пластины (СМГТ) из твердых сплавов, номенклатура которых постоянно расширяется. Форма передней поверхности СМП является важнейшим конструктивным элементом, поэтому она подвергается постоянному совершенствованию. Основное внимание при этом уделяется снижению уровня сил резания, формированию компактной стружки, отвечающей требованиям автоматизации и безопасности, а также повышению стойкости инструмента. Работы в этом направлении базируются на достижениях в области теории и практики обработки металлов резанием.

Целенаправленные действия по совершенствованию формы передней поверхности возможны лишь при полном представлении об особенностях формирования стружки на ней. В связи с этим недостаточная изученность процесса резания инструментами с цилиндрической передней поверхностью обусловили актуальность и выбор темы диссертации.

Цель данной работы заключается в повышении эффективности процессов точения на основе применения инструментов с цилиндрической передней поверхностью.

Для достижения поставленной цели на основании проведенного анализа необходимо решить следующие задачи:

1. Выполнить моделирование для определения геометрических параметров резцов с различными видами цилиндрической передней поверхности.

2. Провести экспериментальные исследования основных характеристик процесса резания инструментами с цилиндрической передней поверхностью.

3. Исследовать графические модели процесса точения резцами с цилиндрической передней поверхностью с определением границ диапазонов режимов резания, обеспечивающих стабильное стружкодробление.

4. Исследовать геометрические характеристики поперечного сечения срезаемого слоя в зависимости от кривизны режущей кромки, обусловленной формой передней поверхности.

5. Провести экспериментальные исследования эксплуатационных параметров резцов с цилиндрической передней поверхностью.

Объектом исследования являются процессы, вязанные с формированием стружки на передней поверхности, которые обеспечивают эксплуатационные показатели инструмента.

Предмет исследования составляют научные и методические основы, обеспечивающие эффективность процессов точения.

В первой главе дан анализ существующих форм передней поверхности СМП для токарной обработки. Недостаточная изученность особенностей процесса резания инструментами с цилиндрической передней поверхностью определили цель и задачи исследования.

Вторая глава посвящена рассмотрению геометрических особенностей резцов с цилиндрической передней поверхностью. Образующаяся в результате пересечения с задней поверхностью режущая кромка криволинейна, для неё характерно непостоянство геометрических параметров в различных её точках. Кроме того, такая кромка формирует стружку с более жестким поперечным сечением, по сравнению со стружкой, сформированной прямолинейной кромкой

В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований, направленных на изучение контактных, деформационных, силовых и температурных характеристик процесса резания при цилиндрической передней поверхности инструмента. Установлено их отличие от аналогичных характеристик для инструментов с плоской передней поверхностью.

В четвертой главе рассмотрены эксплуатационные характеристики резцов с криволинейной режущей кромкой. Показано, что вогнутая режущая кромка целесообразна для активизации процесса стружкодробления при точении с большим отношением ширины срезаемого слоя к его толщине. Выпуклая передняя поверхность приводит к повышению стойкости инструмента

Автор защищает:

1. Зависимости для установления геометрических параметров резцов с цилиндрической передней поверхностью.

2. Результаты экспериментальных исследований основных характеристик процесса резания инструментами с цилиндрической передней поверхностью, таких как:

-размеры площадки контакта стружки с передней поверхностью;

-коэффициент усадки стружки;

-средняя температура резания;

-составляющие силы резания.

3. Графические модели процесса точения резцами, оснащенными СМП с вогнутой и выпуклой режущими кромками, которые отражают границы диапазонов режимов резания, соответствующих стабильному стружкодроблению.

4. Зависимости для расчета геометрических характеристик поперечного сечения срезаемого слоя.

5. Результаты исследования эксплуатационных параметров резцов с цилиндрической передней поверхностью.

Научная новизна заключается в научном обосновании условий приоритетности процесса точения инструментами с вогнутой или выпуклой цилиндрической передней поверхностью на основе моделирования формы поперечного сечения срезаемого слоя и условий контактирования стружки с обеспечением повышения стружкодробящей способности и стойкости инструментов.

Практическая ценность работы заключается в технологических рекомендациях по применению резцов с криволинейной режущей кромкой, конфигурация которой обусловлена формой передней поверхности.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. В результате исследований, выполненных в диссертации, решена задача повышения эффективности процесса точения на основе использования инструментов с цилиндрической передней поверхностью.

2. На основе теоретических исследований установлено, что для резцов с цилиндрической передней и плоской задней поверхностями характерна криволинейная режущая кромка, которая в общем виде может быть представлена частью дуги эллипса. При этом цилиндрическая поверхность характеризуется вогнутостью (выпуклостью), величина которой зависит от рабочей длины режущей кромки. Это приводит к непостоянству геометрических параметров в различных точках режущей кромки как в статической, так и в кинематической системе координат. Криволинейная кромка формирует стружку с большим, чем при прямолинейной кромке, моментом инерции поперечного сечения, что увеличивает её жесткость. Кроме того, установлены зависимости для расчета параметров поперечного сечения срезаемого слоя.

3. В условиях свободного резания и симметричном расположении режущей кромки относительно срезаемого слоя на резцах с цилиндрической передней поверхностью установлено непостоянство полной ширины площадки контакта в пределах её рабочей длины, наименьшие значения которой соответствуют точкам кромки с наибольшим значением угла X. При скоростях резания V > 50 м/мин выпуклость передней поверхности вызывает уменьшение размеров площадки контакта, усадки стружки и средней температуры резания. Вогнутость, напротив, их увеличивает. Криволинейная кромка резцов с цилиндрической поверхностью вызывает увеличение сил резания, причем выпуклая - в большей степени. Разница в рассмотренных характеристиках нивелируется с уменьшением вогнутости (выпуклости) и при смещении режущей кромки относительно срезаемого слоя.

4. Вогнутая режущая кромка СМП в сочетании со стружкозавивающим элементом на передней поверхности способствует более стабильному дроблению стружки, расширяет диапазон стружкодробления, смещая его в область меньших подач при большей глубине резания, чем при прямолинейной кромке.

5. Экспериментально выявлено повышение стойкости инструмента, имеющего выпуклую переднюю поверхность в 1.2.1.5 раза по сравнению с плоской поверхностью.

6. Технологические рекомендации по применению СМП с выпуклой формой передней поверхности приняты к внедрению на ООО «Брянский завод «Турборемонт» при обтачивании валов газоперекачивающих агрегатов.

1. Армарего И. Дж. А., Браун Р.Х. Обработка металлов резанием. Пер. с англ. М.: Машиностроение, 1997, 325с.

2. Аршинов В.А., Алексеев Г.А. Резание металлов и режущий инструмент. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1976. - 440с.

3. Башков В.М., Кацев П.Г. Испытания режущего инструмента на стойкость. М.: Машиностроение, 1985. - 136 с.

4. Бобров В.Ф. Влияние угла наклона главной режущей кромки инструмента на процесс резания металлов. М.: Машгиз, 1962,149 с.

5. Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов М.: Машиностроение, 1975.-344с.

6. Бобров В.Ф., Иерусалимский Д.Е. Резание металлов самовращающимися резцами. М.: Машиностроение, 1972,112с.

7. Васин С.А., Верещака A.C., Кушнер B.C. Резание материалов: Термомеханический подход к системе взаимосвязей при резании: Учебн. для техн. вузов. М.: Из-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. - 448с.

8. Васин С.А., Денисов Е.П., Иванов В.В., Хлудов С .Я. Оценка стружкодробящей способности форм передней поверхности современных сменных многогранных пластин//Изв. ТулГУ. Сер. Технологическая системотехника. Вып.1 ./ТулГУ, Тула.2003.-С.106-112.

9. Вульф A.M. Резание минералокерамическими резцами. M.-JL, Машгиз, 1958, 183с.

10. Вульф A.M. Резание металлов. Изд. 2-е. М.: Машиностроение, 1973.-496 с.

11. Выбор токарного инструмента и режимов резания: Руководство R 8040 В: 2. - Sandvik Coromant, 1987. - 56с.

12. Горчаков JI.M., Колев К.С. Статистические исследования режущих свойств твердых сплавов / Тр. Сев. Кавказ, горно-металлург. инта/1975, вып. 37. С. 9-13.

13. Дудкин Е.В., Зайцев В.В. Методика оценки режущих свойств безвольфрамового твердого сплава ТН-20 // Станки и инструмент. 1981. -№10. -С.18.

14. Зорев H.H., Фетисова З.М. Обработка резанием тугоплавких сплавов. -М.: Машиностроение, 1966. 227с.

15. Иванов В.В. Гуськов С.А. Особенности процесса точения инструментом с накладным стружколомом//СТИН.-2001 .-№8 .С .21-23.

16. Иванов В.В., Спиридонов Э.С. Температура резания при обработке конструкционных сталей безвольфрамовыми твердыми сплавами // Исследования в области технологии механической обработки и сборки машин / ТулПИ. Тула, 1978, - С. 83-88.

17. Иванов В.В., Хлудов С.Я., Хлудов B.C., Денисов Е.П. Современные твердосплавные СМП для токарной обработки/УИзв.ТулГУ. Сер.Машиностроение. Вып.2./ТулГУ, Тула.2003.С.267-269.

18. Инструмент для станков с ЧПУ, многоцелевых станков с ГПС / И.Л. Фадюшин, Я. А. Музыкант, А.И. Мещеряков и др. М.: Машиностроение, 1990.-272с.

19. Кацев П.Г. Статистические методы исследования режущего инструмента. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1974. 231с.

20. Киффер Р., Бенезовский Ф. Твердые материалы. Пер. с нем. М.: Металлургия, 1968.- 184с.

21. Козин И.Я. Проходной резец с эллиптическим участком режущей кромки при вершине // Станки и инструмент. 1969. - № 8. - С. 26.

22. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. M.: Наука, 1968. - 720с.

23. Куфарев Г.Л., Окенов К.Б., Говорухин В.А. Стружкообразование и качество обработанной поверхности при несвободном резании. Фрунзе «Местеп», 1970.-170с.

24. Лавров Н.К. Завивание и дробление стружки в процессе резания. M.: Машиностроение, 1971. - 81с.

25. Лоладзе Т.Н. Прочность и износостойкость режущего ^ инструмента. М.: Машиностроение, 1982. - 320с.

26. Металлообрабатывающий твердосплавный инструмент. Справочник / B.C. Самойлов, Э.Ф. Эйхманс, В.А. Фальковский и др. М.: Машиностроение, 1998. - 368с.

27. Михайлов C.B., Чижов В.Н. Формирование плотноупакованных рулонов стружки на операциях прорезания канавок и отрезания // СТИН -1995.-№6.-С. 21-24.

28. Нодельман М.О. Стружколомание при токарной обработке. Челябинск, 1969.

29. У 30. Общемешиностроительные нормативы времени и режимоврезания для нормирования работ, выполняемых на универсальных и многоцелевых станках с числовым программным управлением. Часть II. Нормативы режимов резания.- Москва.: Экономика, 1990. 473с.

30. Панкин A.B. Обработка металлов резанием. М.: Машгиз, 1961,520с.

31. Патент РФ 35989, МПК 7В 23В 27/00. Режущая пластина/ С.А. Васин, Л.А. Васин, В.В. Иванов, И.М. Лавит, С.Я. Хлудов, Е.П. Денисов, И.Е. Денисов (РФ). Заявл.20.10.2003; опубл. 20.02.2004, Бюл. №5.

32. Петрухин С.С. Общий метод определения кинематических геометрических параметров режущей части инструментов // Известия вузов. Машиностроение. 1962. - № 10. - С. 151-155.

33. Полетика М.Ф. Контактные нагрузки на режущих поверхностях инструментов. -М.: Машиностроение, 1969, 150с.

34. Прогрессивные режущие инструменты и режимы резания металлов: Справочник / В.И. Баранчиков, В.А. Жаринов, Н.Д. Юдина и др.; Под. общ. ред. В.И. Баранчикова. М.: Машиностроение, 1990. - 400с.

35. Развитие науки о резании металлов / Под ред. H.H. Зорева. М.: Машиностроение, 1969,415с.

36. Рациональное использование СМП из твердых сплавов серии MC для токарной обработки сталей и чугунов. Методические рекомендации / Моисеев A.B., Мальцев О.С., Мамкин Г.И., Спиридонов Э.С., Иванов В.В. -М.: ВНИИТЭМР, 1991. 134с.

37. Резников А.Н., Козин И .Я. Резцы с цилиндрической передней поверхностью // Станки и инструмент. 1969. - № 12. - С. 24-25.

38. Режимы резания труднообрабатываемых материалов: Справочник/Я.Л. Гуревич, Н.В. Горохов, В.И. Захаров, и др. 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Машиностроение, 1986, 240с.

39. Самойлов, B.C. Новый ассортимент сменных многогранных пластин для металлообработки // ИТО. 2000. - № 10. - С. 34-36.

40. Сменные многогранные пластины для точения, фрезерования и резьбонарезания: Каталог. М.: МКТС, 1995. - 123 с.

41. Сменные пластины и инструмент САНДВИК-МКТС: Каталог В-100.04 рус. - М.: САНДВИК-МКТС, 2000. - 168с.

42. Способы завивания и дробления сливной стружки и области их применения: Руководящие материалы. М.: НИИмаш, 1970, 36с.

43. Справочник инструментальщика / И.А. Ординарцев, Г.В. Филиппов, А.Н. Шевченко и др. Под общ. ред. И.А. Ординарцева. JL: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1987. - 846с.

44. Справочник машиностроителя. Вб-ти т. Т. 3 / Под ред. C.B. Серенсена. 3-е изд., перераб. и доп. -М.: Машгиз, 1962,463 с.

45. Технология шлифования и заточки режущего инструмента / М.М. Паней, Л.Г. Дибнер, М.Д. Флид. М.: Машиностроение, 1988. - 288с. (Б-ка инструментальщика).

46. Трент Е.М. Резание металлов: Пер. с англ. / Пер. Г.И. Айзенштока. М.: Машиностроение, 1980. - 263 с.

47. Третьяков В.И. Основы металловедения и технологиипроизводства спеченных твердых сплавов. 2-е изд. М.: Металлургия, 1976. -528с.

48. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов: Учебник для втузов 9-е изд. перераб. - М.: Наука. Гл. ред. физ. - мат. лит. 1986. - 512с.

49. Филиппов Г.В. Режущий инструмент. Л.: Машиностроение, 1981.-392с.

50. Шевяков Л.А. Твердосплавный резец с переменными углами резания // Станки и инструмент. 1971 - №5. - С. 36-37.

51. Colding В. "Int. Cutt. Tool Day Sandviken", 1969, № 5, p. 1-15.

52. Eurotungsten primier carburier français. "Mach. outil", 1978, 43, №350, p 53-61.

53. Guid d'utilisation des outuls "COROKEY". С 2903: 2 FRE, Sandvik Coromant, 1996.

54. Metalworking World. Information from Sandvik Coromant AB. № 13,1987.

55. NaKayama K., Arai M., Kondo T., Suzuki H. Cutting tool with curved rake face a means for breaking Thin chips. "CIRP Ann", 1981,30, №1, p. 5-8.

56. Sumitomo's throwaway insert. "Tooling". 1980,36, №6, p. 39-40.

57. TURNING GUIDE. Sandvik Coromant. C 1029.010 - ENG. -1985.-203 c.

58. Walton A.B., Worthington B. The performance of cutting tools with unusual "forms". "Proc 21-th Int. Mach. Tool Des. And Res. Conf.", 1980, p. 411419.

59. Worthington B. Acomprehensive literature survey of chip control in the turning process. Int. J. Mach. Tool and Res., 1977, p. 103-116.