автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.07, диссертация на тему:Интенсификация режимов резания при лезвийной обработке конструкционных хромоникельмолибденовых сталей на основе уточнения и развития силовой модели

На правах рукописи

ИВАЩЕНКО Александр Петрович

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ ПРИ ЛЕЗВИЙНОЙ ОБРАБОТКЕ КОНСТРУКЦИОННЫХ ХРОМОНИКЕЛЬМОЛИБДЕНОВЫХ СТАЛЕЙ НА ОСНОВЕ УТОЧНЕНИЯ И РАЗВИТИЯ СИЛОВОЙ МОДЕЛИ

Специальность 05.02.07 - Технология и оборудование механической

и физико-технической обработки

АВТОРЕФЕРАТ 4844570

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Я

Саратов 2011

4844570

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный технический университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Игнатьев Александр Анатольевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Плотников Александр Леонтьевич

кандидат технических наук, доцент Царенко Марат Андреевич

Ведущая организация: ЗАО «НПК прецизионного оборудования»

Защита состоится «16» марта 2011 г. в ]_5 часов на заседании диссертационного совета Д.212.242.02 при ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет» по адресу: 410054, г. Саратов, ул. Политехническая, 77, корпус 1, ауд. 319.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет».

(г. Саратов)

Автореферат разослан « » ал^ 2011 г. Автореферат размещен на сайте www.sslu.ru «/С

sslu.ru «/У »^/¿^^2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

А.А. Игнатьев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. К современным деталям станкостроения и автомобилестроения предъявляются высокие требования к физико-механическим свойствам. Большинство деталей работают при динамических нагрузках в условиях пониженных или повышенных температур - это, например, коленчатые валы, клапаны, цилиндры, диски турбокомпрессоров, шевронные валы. Данные детали, как правило, выполняются из конструкционных среднеуглеродистых хромо-никельмолибденовых сталей типа: 40ХН2МА, 38X2H3M, 40Х2Н2МА, которые обладают малой склонностью к хрупкому разрушению, высокой прочностью при достаточной пластичности и вязкости.

Наибольшее применение на автоматизированном станочном оборудовании получили сборные твердосплавные режущие инструменты со сменными многогранными пластинами (СМП). Существует большое количество технологической информации в каталогах и справочниках по назначению периода стойкости режущего инструмента (РИ) и определения соответствующих ему режимов резания при лезвийной обработке конструкционных сталей на автоматизированном оборудовании, которые созданы на основе продолжительных экспериментальных исследований в производственных условиях. Однако остается до конца не решенной методологическая задача интенсификации режимов резания при лезвийной обработке конструкционных хромоникельмолибденовых сталей, достигаемая повышением скорости резания при обеспечении более полного использования режущих свойств твердосплавного инструмента с СМП за его назначенный период стойкости. Результаты исследований G.F. Micheletti и A.B. Кибальченко показывают, что затраты времени на выявление и ликвидацию преждевременного износа РИ в среднем на производстве составляют 10% общего времени работы станков. Как правило, это связано с неточным выбором скорости резания или материала РИ. Существенное влияние на работу РИ оказывают силы при лезвийной обработке, которые образуются в результате контактного взаимодействия между обрабатываемым и инструментальным материалами. Силы, действующие при лезвийной обработке, определяют изнашивание режущих поверхностей инструмента и температуру на этих поверхностях и существенно изменяются в зависимости от различных режущих свойств инструментов и свойств обрабатываемых сталей. Учёт сил резания при назначении периода стойкости инструмента позволит определять скорость резания, соответствующую этим силам для конкретных режущих свойств инструмента и свойств обрабатываемой стали.

Таким образом, разработка методики определения допустимой скорости резания при заданной глубине резания, подаче и норме износа на задней грани РИ, обеспечивающей более полное использование режущих свойств твердосплавного инструмента с СМП за его назначенный период размерной стойкости, за счёт расчётов в силовой модели является актуальной задачей.

Цель работы: интенсификация режимов резания на основе модели сил, действующих при лезвийной обработке конструкционных хромоникельмолибденовых сталей твердосплавным режущим инструментом, достигаемая повышением скорости резания с обеспечением более полного использования режущих свойств инструмента с СМП за его назначенный период размерной стойкости.

Методы и средства исследований

Теоретические исследования выполнены с использованием соответствующих разделов теории резания материалов, теории прочности, научных основ технологии машиностроения.

Экспериментальные исследования проводились по стандартным и оригинальным методикам с использованием специальных стендов, изготовленных на базе двух токарно-винторезных станков моделей 16К20 и 1А616. На стендах были установлены: устройство для измерения сил трения и длин контактов при резании материалов (Пат. №2397476 РФ) с контрольно-измерительной аппаратурой фирмы ЗАО «ПРИБОР.РУ» (зарегистрированной в Государственном реестре средств измерений под №37872-08 и №37875-08) и стандартный прибор для измерения шума и вибрации «ВШВ-003-М2», оснащенный вибропреобразователем пьезоэлектрическим «ДН-13». Обработка результатов измерений осуществлялась с помощью программы МаЛсаё и программы БасеИ фирмы ЗАО «ПРИБОР.РУ».

Обрабатываемый материал, используемый в экспериментах, - конструкционная среднеуглеродистая хромоникельмолибденовая сталь 40ХН2МА ГОСТ 4543-71, имеющая сертификат качества №2250 ОАО «Волжский трубный завод», так как она является средней по содержанию углерода С = 0.37 - 0.44%, между сталями: 38Х2НЭМ - С = 0.35 - 0.45% и 40Х2Н2МА - С = 0.35 -0.42%.

Инструментальный материал, используемый в экспериментах, - сменные многогранные пластинки, изготовленные из твердого сплава титановольфрамоко-бальтовой группы марок Т15К6 и Т5К10, отсортированные по термоэлектродвижущей силе (термоЭДС, Эпр, мВ) кратковременного пробного прохода на фиксированных режимах (У=100 м/мин; 5=0.1 мм/об; 1 мм) в паре со сталью 40ХН2МА , так чтобы Эщ^40ХН2МА-Т15К6) ~ 11^0.3 мВ, а ЭПр0ОХН2МА-Т5К1ОI = 16.5+0.3 мВ.

Научная новизна:

^ Разработана и обоснована силовая модель расчёта сил, включающая уточнение и развитие представлений о процессе лезвийной обработки, с помощью комплекса взаимосвязанных аналитических и эмпирических формул и позволяющая определять период стойкости твердосплавного режущего инструмента при токарной обработке конструкционных хромоникельмолибденовых сталей на получистовых и черновых режимах резания.

Разработана методика определения допустимой режущими свойствами инструмента скорости резания при заданной глубине резания и подаче, базирующаяся на силовой модели и предусматривающая последовательность действий, включающих расчёт сил при лезвийной обработке, с учётом линейного износа по задней грани режущего инструмента, назначения требуемого периода стойкости режущего инструмента и определения скорости резания.

Разработан алгоритм определения допустимой скорости резания при заданной глубине резания и подаче на автоматизированном станочном оборудовании, базирующийся на разработанной методике и устанавливающий для партии обрабатываемых деталей при смене изношенного режущего инструмента новым автоматизированную коррекцию скорости и подачи резания с сохранением первоначально назначенной стойкости режущего инструмента.

Практическая ценность н реализация результатов работы.

Практическая ценность работы заключается: ^ в разработанной методике определения допустимой скорости резания при заданных глубине резания, подаче и норме износа на задней грани РИ, обеспечивающей более полное использование режущих свойств твердосплавного инструмента с СМП за его назначенный период стойкости, за счёт расчётов в силовой модели, позволяющей определять период стойкости твердосплавного РИ ти-тановольфрамокобальтовой группы с погрешностью, не превышающей ±10%, при лезвийной обработке конструкционных хромоникельмолибденовых сталей на получистовых и черновых режимах резания.

^ в разработанном алгоритме расчётного модуля к ЭВМ определения допустимой скорости резания при заданной глубине резания и подаче на автоматизированном станочном оборудовании, устанавливающий для партии обрабатываемых деталей автоматизированную коррекцию скорости и подачи резания при смене изношенного РИ новым с сохранением первоначально назначенной стойкости РИ, причём шероховатость поверхностного слоя обрабатываемых деталей после смены РИ остается в пределах заданного квалитета.

Методика и алгоритм приняты к внедрению в производственные условия ООО «Завод РОТОР» (Волгоградская обл., г. Камышин) для определения допустимой скорости резания при лезвийной обработке твердосплавным РИ конструкционных среднеуглеродистых хромоникельмолибденовых сталей на автоматизированном оборудовании. Использование методики обеспечивает снижение простоя токарного оборудования вследствие преждевременного выхода из строя РИ, снижение расхода РИ за год до 22% и повышение производительности обработки до 20%, что подтверждено актом передачи результатов исследований.

Отдельные научные положения работы, устройство для измерения сил трения и длин контактов при резании материалов с измерительной аппаратурой фирмы ЗАО «ПРИБОР.РУ» приняты к внедрению в учебный процесс подготовки бакалавров по направлению «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств» Камышинского технологического института (филиал) ГОУ ВПО «Волгоградский государственный технический университет», что подтверждено актом передачи результатов исследований.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ, из них: 3 в изданиях, рекомендованных перечнем ВАК РФ, в т. ч. патент на изобретение №2397476 РФ, патент на полезную модель №77972 РФ, свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2011610255 РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 138 наименований. Объем диссертации 210 страниц, в том числе 68 рисунков, 18 таблиц и 12 приложений.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на 6 конференциях различного уровня: международных конференциях: «Прогрессивные технологии в современном машиностроении» (Пенза, 2007); «Математические методы в технике и технологиях» (Саратов, 2008); «Проблемы исследования и проектирования машин» (Пенза, 2008); всероссийских конференциях: «Прогрессивные технологии в обучении и производстве» (Камышин, 2006); «Научный потенциал студенчества - будущему России» (Ставрополь, 2006);

5

«Инновационные технологии в обучении и производстве» (Камышин, 2008), а также на заседаниях кафедры «Автоматизация и управление технологическими процессами» СГТУ в 2008-2010 гг.

Положения, выносимые на защиту: S силовая модель расчёта сил, включающая уточнение и развитие представлений о процессе лезвийной обработки с помощью комплекса взаимосвязанных формул и позволяющая определять период стойкости твердосплавного режущего инструмента при токарной обработке конструкционных хромоникельмолиб-деновых сталей на получистовых и черновых режимах резания;

■S методика определения допустимой режущими свойствами инструмента скорости резания при заданной глубине резания и подаче;

S алгоритм расчётного модуля к ЭВМ определения допустимой скорости резания при заданной глубине резания и подаче;

S результаты испытаний стойкости РИ в лабораторных условиях и в производственных условиях.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы; сформулированы цель; научная новизна работы; практическая ценность; реализация результатов работы; апробация работы, основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен анализ современных представлений о стойкости РИ, при этом подробно рассмотрены: причины, приводящие к снижению стойкости РИ; способы повышения стойкости РИ; методы и средства контроля состояния РИ; различные методы и модели процесса резания материалов.

При анализе использованы работы авторов: Т.Н. Лоладзе, А.Д. Макарова, В.А. Кривоухова, А.Б. Кравченко, Г.И. Грановского, В.К. Старкова, М.Ф. Поле-тика, H.H. Зорева, Н.В. Талантова, В.А. Горелова, Ю.Г. Кабалдина, JI.C. Му-рашкина, A.B. Воробьева, A.C. Верещака, Б.М. Бржозовского, В.П. Табакова, A.B. Циркина, C.B. Палея, A.J1. Плотникова, Л.Г. Хаета, И.А. Иютина, Д.В. Ва-силькова, М.Г. Яковлева, A.B. Кибальченко, G.F. Micheletti, L.C. Lee, Е. Posti, H. Pastor, N.H. Cook, S.B. Datar, К. Iwata, W. Konig и др.

Анализ научно-технической информации показал, что в производственных условиях формирование контакта в паре «сталь - твердый сплав» происходит неорганизованно, случайно. Худшим вариантом для выполняемого процесса резания на автоматизированном станочном оборудовании является сочетание низких режущих свойств твердого сплава и высокой твердости обрабатываемой стали в пределах допуска ТУ или ГОСТа, при этом назначенный период стойкости РИ будет намного отличаться от действительного периода стойкости РИ. Так, по данным Б.М. Бржозовского и A.J1. Плотникова, «...ТУ или ГОСТ на режущие свойства твердого сплава допускает 1.5-2-кратное изменение режущих свойств внутри марочного состава из-за изменения качества связующей кобальтовой фазы (количество растворенного в ней вольфрама) ...», причём «...Между партиями спекания эти изменения достигают 2-3-кратной величины...». Для стали 40ХН2МА изменение содержания углерода находится в пределах 0.37-0.44%, хрома 0.6-0.9% по ГОСТ 4543-71. Например, ТУ или ГОСТ может порождать

изменение действительного периода стойкости РИ в диапазоне от 25до 60 мин при обработке одинаковыми по геометрии РИ из твердого сплава Т15К6 одинаковых деталей из стали 40ХН2МА на фиксированных режимах резания (У=120м/мин, 3=0.4мм/об, /= 1мм). Таким образом, для обеспечения более полного использования РИ за его назначенный период размерной стойкости в диссертационной работе решаются следующие задачи:

разработка силовой модели расчёта сил, включающей уточнение и развитие представлений о процессе лезвийной обработки с помощью комплекса взаимосвязанных формул и позволяющей определять период стойкости твердосплавного режущего инструмента при токарной обработке конструкционных хромоникель-молибденовых сталей на получистовых и черновых режимах резания;

^ разработка методики определения допустимой скорости резания при заданных глубине резания и подаче;

^ разработка алгоритма расчётного модуля к ЭВМ для определения допустимой скорости резания при заданных глубине резания и подаче;

^ разработка устройства и методики измерения сил трения и длин контактов между срезаемым слоем и передней гранью РИ. Проведение на разработанном устройстве по методике измерение сил трения и сравнение полученных значений с расчётными значениями в силовой модели;

комплексное исследование периода стойкости РИ в лабораторных и производственных условиях. Определение границ применяемости силовой модели в производственных условиях.

Вторая глава посвящена уточнению и развитию силовой модели при лезвийной обработке конструкционных хромоникельмолибденовых сталей на получистовых и черновых режимах резания твердосплавным РИ. Разработана и обоснована силовая модель расчёта сил, включающая уточнение и развитие представлений о процессе лезвийной обработки на семи этапах моделирования с помощью комплекса взаимосвязанных аналитических и эмпирических формул, которые последовательно приводят к определению периода стойкости РИ.

В основе силовой модели лежит система сил (1), действующих в процессе лезвийной обработки (рис.1), при этом на переднюю грань РИ от давления сходящей стружки действует нормально к этой грани сила деформации срезаемого слоя N1, сопровождаемая неравномерным распределением контактных напряжений по длине контакта от перемещения передней грани относительно поверхности стружки действует сила трения сопровождаемая неравномерным распределением касательных контактных напряжений по длине контакта причём на заднюю грань РИ от давления обрабатываемой поверхности действует нормально к этой грани сила деформации обработанной поверхности /\г2, отжимающая РИ, сопровождаемая неравномерным распределением контактных напряжений по длине фаски износа }\ги1 (линейный износ по задней грани РИ), от перемещения задней грани РИ относительно обрабатываемой поверхности действует сила трения сопровождаемая неравномерным распределением касательных контактных напряжений но длине фаски износа /г,г„. Таким образом, на передней грани РИ действует результирующая сила /?;, равная геометрической сумме сил N1 и /'V На задней грани РИ действует результирующая сила равная геометрической сумме сил N2 и При лезвийной обработке действует общая резуль-

7

тирующая сила й, равная геометрической сумме результирующих сил и Общую результирующую силу Л, как правило, в инженерных расчётах раскладывают на три составляющие силы: тангенциальную - осевую - Р„ радиальную - Ру. Уравнение в системе (1), содержащее силу отвечает за действие сил в вертикальной плоскости резания. Уравнение в системе (1), содержащее силу Рху, которая равна геометрической сумме силы Рх и силы Ру, отвечает за действие сил в горизонтальной плоскости резания.

Рг=М1 -«»(уН/7, -$т(у)+Р2

Рху=-Ы1*т(у)+Р1-со&(у№1 (1)

Система из двух уравнений (1) содержит шесть неизвестных: Р„ Рх}, N2, и Р2, которые определяются в ходе моделирования процесса лезвийной обработки.

В отличие от других систем, рассмотренных авторами В.А. Кривоуховым, А.Г. Грановским, Н.В. Талантовым и др., система (1) имеет сходимость результатов расчёта сил резания и в системе (1) определяется погрешность сходимости результатов расчёта сил в модели процесса лезвийной обработки.

На первом и втором этапах задаются начальные параметры: предел прочности (ав) и предел текучести (а;) обрабатываемой конструкционной хромо-никельмолибденовой стали (назначаются по сертификату качества материала); измеряется и указывается термоЭДС (Эщ„ мВ) кратковременного (4-5 с) пробного прохода на фиксированных режимах (У=100 м/мин; 5=0.1 мм/об; 1=1 мм) для ввода поправки (формулы (3), (23), (25)) на конкретные физико-механические и теплофи-зические свойства контактирующей пары «сталь - твердый сплав», геометрию РИ, наличие или отсутствие СОЖ (апробированный способ измерения сил резания с учётом термоЭДС пробного прохода А.Л. Плотникова, Пат. №2120354 РФ); диапазон изменения: глубин резания I: 0.5 - 3 лиг, подач Б: 0.1 -0.8мм/об; скоростей резания V: 50 - 200 м/мин. Создаются массивы для 5, V.

На третьем этапе производится расчёт: коэффициента поперечной усадки стружки с точностью 4-5% по уточненной автором зависимости Ву

?01 •(0.0625-Э У'28

^ __' _"¿1_ /л-)

0.56 • 5т(у)+(0.102 - 0.085 ■ втСу)) • (1п(Г ■ 5°45 ■ V0 9) +0.15) 1 ;

обработке материалов

Расчёт сил резания (Рг, Р„ Ру) по апробированному способу (см. первый этап, термоЭДС Эпр, АЭпр=±0.3 мВ) АЛ. Плотникова (Пат. №2120354 РФ) с точностью 8-9%

Рг=9.8• (320 + 5.5• Эпр)• г1 • 5073 • V"015

= 9.8 • (300 +10 ■ Э„;;) • г09 • 5°6 - V"0 3 н (3)

Рх = 9.8 ■ (360 + 7 • Эир) ■ Г' • 5а5 • V4

Расчёт общей результирующей силы резания: К,У = ■ Н (4)

Величина термоЭДС Э зависит от температуры 0 в зоне резания, что подтверждает В.В. Цоцхадзе формулой

Э = В- ехр(- С/(© + 273)), л/5 (5)

С помощью разработанной авторской программы (Свидетельство №2009612567 РФ от 21 мая 2009 г.) определены средние температуры в зоне резания для двух величин термоЭДС. На основании полученных данных определены коэффициенты 5 и С в формуле (5). Получена экспериментально-аналитическая зависимость средней температуры 0ср в зоне резания от величины термоЭДС Э: _ -4697.2 „_

= 1п(Э/2729.3) 'гра<* (6)

Зависимость (6) позволяет рассчитывать среднюю температуру в зоне резания от величины термоЭДС для контактирующей пары «сталь - твердый сплав».

На четвертом и пятом этапах производится расчёт сил, действующих при лезвийной обработке, который включает в себя расчёт сил деформаций (N1, N2) с точностью 15-18%, сил трения (Т7,, /у с точностью 10-12% и результирующих сил (Я;, Р2) с помощью формул:

N1 =а,-8^-К°-ы,Н (7)

Р =

8)

/г, (9)

Nг=P¡y + Nl■%m^.У)-Fl■co%(r), Н (Щ

= Л ~ '~ р\' ^"О^

(12)

Определяется общая результирующая сила резания (рис.1): /? = Л, +/?2, Н (13)

На шестом этапе определяется величина линейного износа (/¡,-,,„ мм) на задней грани РИ, исходя из действующей силы деформации обработанной поверхности N2, отжимающей РИ, и силы трения Р2 на задней грани РИ, для допускаемых нормальных и касательных напряжений, при достижении которых сжатие слоя а (рис. 1) обрабатываемого материала сопровождается пластической деформацией, по формуле

0.776-ЛГа-(0.25 + (%Л

К, =--мм (14)

Определяется погрешность сходимости результатов расчёта сил резания в

левой и правой частях системы (1), то есть сил, рассчитанных по формулам (4) и (13)

Л = (15)

А

В идеальной модели левая и правая часть системы уравнений (1) должны быть равны друг другу. Следовательно, погрешность Д должна быть равна нулю, то есть сила равна силе /?. В полученной модели есть процент расхождения между силами и Я, который не превышает 3%, так как входные зависимости (2),(3), (7), (8), (10), (11) имеют относительные погрешности, потому что получены на основе экспериментально-статистических методов исследования.

На седьмом этапе производится расчёт величины к (каппа) и определяется эмпирическая зависимость расчёта периода стойкости Т РИ.

Величина к - это отношение силы деформации обработанной поверхности, отжимающей РИ, к силе деформации срезаемого слоя, зависящая от: глубины резания; подачи; скорости резания; физико-механических свойств обрабатываемого и инструментального материалов; силы трения между срезаемым слоем и передней гранью РИ и силы трения между обработанной поверхностью и задней гранью РИ; величины пластической деформации обрабатываемого материала; геометрии РИ; величины износа на задней грани РИ. Учёт величины к при определении периода стойкости РИ позволяет оценивать нагрузочную способность РИ при достижении РИ заложенной в расчёты модели величины линейного износа на задней грани этого РИ.

к .,•--?*' ! .....-- Величина к в силовой модели

5. мм/об определяется по формуле N.

—, (16)

где N2 - сила деформации обработанной поверхности, отжимающая РИ; N1 - сила деформации срезаемого слоя.

На рис. 2 представлены графические поверхности изменения величины к от Г, V для термоЭДС пробного прохода контактирующей пары «40ХН2МА - Т5К10», равной 16 мВ.

Определена эмпирическая зависимость периода стойкости твердосплавного РИ при лезвийной обработке конструкционных хромоникельмо-либденовых сталей через величину к с учётом режимов резания, а также конкретных свойств обрабатываемого и инструментального материалов. При определении зависимости периода стойкости РИ использовались статистические методы исследования, основанные на использовании полного факторного эксперимента (ПФЭ) с преобразованием параметра оптимизации и факторов по методике П.Г. Кацева, причём исключались взаимодействия первого, второго и высше-

Рис. 2. Величина к (каппа). Пара «40ХН2МА - Т5К10», термоЭДС пары Э„р = 16 мВ

го порядков, считалось, что они отсутствуют или пренебрежимо малы, что позволяет получить нелинейную зависимость периода стойкости РИ, подчиняющуюся логарифмически нормальному закону распределения.

Во всех известных исследованиях в области резания материалов зависимость периода стойкости РИ принято описывать формулой вида

т Ст

Т =-!--(17)

Vх* • 5Уг • ?г

где С/ - постоянный коэффициент, хт, ут, 1т~ показатели степени.

Из формулы (17) следует, что стойкость РИ есть функция от скорости резания, подачи и глубины резания: Т - ДV, 5, ¡).

В силовой модели период стойкости РИ рассматривается как функция от величины к: Т = /(к) с учётом дополнительных факторов (V, Я, I, Э„р), которые влияют как на величину к, так и на период стойкости Т, и служат компенсирующими звеньями при связи к и Т. Тогда получается формула вида

Т = к--^--(18)

ух* .Д.'»Г . 3"«т ' ^ >

где СкТ-постоянный коэффициент, хкТ, укТ, гкт, пкт - показатели степени.

Необходимо учесть, что параметр Т и фактор к являются зависимыми величинами от режимов резания (К 1) и термоЭДС (Эпр) контактирующей пары (см. первый этап моделирования). Фактор к в формуле (18) можно рассматривать и как параметр к, который подчиняется логарифмически нормальному закону распределения (рис. 2), зависящий от режимов резания (V, 5, 0 и термоЭДС (Эпр) контактирующей пары. Таким образом, к можно также выразить формулой вида

Ск

К Vх'-Б*'-П' (,9)

где Ск - постоянный коэффициент, ха уа г» пк - показатели степени.

Следовательно, определить параметр периода стойкости Т РИ в формуле (18) через величину к в модели напрямую затруднительно. Таким образом, параметр периода стойкости Т РИ определяется через проведение дополнительных ПФЭ (4 глава), полученные значения которых преобразуются в формулу вида

т = ст

Vх' -я» -1гт -э;;' (20)

где Ст— постоянный коэффициент, Хт, у г, гт, п? - показатели степени.

Формулы (19) и (20) являются исследуемыми подмоделями в силовой модели, причём формула (18) является итоговой формулой связи двух формул (19) и (20).

Связь формул (19) и (20) происходит с помощью общего сомножителя (V0-5° /а Э^), который выделяется из формул (19) и (20). Затем общий сомножитель, выделенный из формулы (19), подставляется в формулу (20) и таким образом, формула (18) преобразуется в формулу вида

Т =

Ст 1

(21)

Ск У11"' ■ Б

На основании расчётных данных формулы (16) с помощью ПФЭ (24) по-

лучена формула (19) в числовых значениях

0.852

к = -

уи.1 _ сО.6 _ ^-0.17 _ о0.005 "Р

(22)

где Ск- 0.852; хк = 0.2;ук = 0.6; гк = -0.17; пк = 0.005.

Формулы (16) и (22) тождественно равны. Формула (22) в сравнении с формулой (16) содержит относительную ошибку при расчётах величины к, которая не превышает 10%.

Подставив значения формулы (22) в (21), получим промежуточную формулу для определения периода стойкости твердосплавного РИ при лезвийной обработке конструкционных хромоникельмолибденовых сталей: т = „__Ы74 -Ст_

уХт-0.2 ^ут-0.6 ^Т+0.П ^пг-0.005 . Л/ИН (23)

Коэффициент С7 и показатели степени хт, ут, 1т в формуле (23) определены на основании экспериментальных данных, полученных в четвёртой главе при испытании периода стойкости РИ.

Таким образом, силовая модель расчёта сил, представляющая собой комплекс взаимосвязанных аналитических и эмпирических формул, позволяет минимизировать ошибки, связанные с преждевременным выходом из строя твердосплавного РИ при определении периода стойкости твердосплавного РИ титано-вольфрамокобальтовой группы для токарной обработки конструкционных хромоникельмолибденовых сталей на получистовых и черновых режимах резания.

Для реализации силовой модели на практике разработана методика определения допустимой свойствами РИ скорости резания.

На сегодняшний момент имеется достаточно большое количество методик определения режимов резания (!, 3, V). Существующие методики позволяют при известной глубине для определенных обрабатываемого и инструментального материалов выбрать значение допустимой подачи резания, обеспечивающей заданную точность обработки, и определить значение допустимой скорости резания, обеспечивающей заданный период стойкости РИ.

Предлагаемая методика позволяет на основе взаимосвязанного расчёта сил при лезвийной обработке определять допустимую скорость резания, обеспечивающую заданный период размерной стойкости РИ при заранее заданных параметрах (глубина резания и подача), которые обеспечивают заданную точность обработки.

Методика определения допустимой скорости резания при лезвийной обработке твердосплавным РИ конструкционных хромоникельмолибденовых сталей:

1.Задаются исходные параметры в модели (первый и второй этапы моделирования). Производится расчёт в модели (третий-седьмой этапы моделирования).

2.Производится построение номограммы периода стойкости РИ от величины к (Т=/(к)) при заданной глубине резания I, подаче линейном износе на задней грани РИ /(,-,„ (рис. 3), где скорость резания V является изменяемой величиной.

3.Назначается требуемый период стойкости Т, мин РИ по номограмме на рис. 3. По номограмме определяется величина к, соответствующая назначенному 12

периоду стойкости Т РИ. По номограмме определяется скорость резания V, м/мин для назначенного периода стойкости Т РИ с помощью величины к. Производится расчёт в модели рекомендуемой частоты вращения шпинделя п, об/мин.

4. По номограмме (Р, = ¡(к); Рх = /(к)) на рис. 4 определяются тангенциальная сила резания Р„ Н и осевая сила резания Рх, Н для выбранной величины к и назначенного периода стойкости Т РИ.

2.17 2 14 2 II

2.09 г ее 2.03 2 01

1.95 I 93

IV

1.87 1.85 1.82 1 79 177

V,ы/ыин

200

ч | — Т-(1ю, мни

ч ! 1

Ч

1 9 ч

-г-

100

39.

2-1.8 27.2 29.6 31.9 34.3 36.7 39 1 41.4 43.8 46.2 48 6 509 53.3 55.7 58.1 60.4 Т, МИН

190 180 170 160 150 140

1зо Рис. 3. Номограмма ш Т=/(к), Щ(Т) ™ I = 1.2 мм; в = 0.2 мм/об; во = 0.4 мм.

Пара «40ХН2МА Т15К6», термоЭДС пары ЭПр =12.3 мВ

Рх, Н

Pz.il

. - - ----Рх, Н

. » "

Г1 - 97

- Т "¿17-!

_»~ ; 1 ""*—■■».

1

I > <

. - - - 1 I

I 81

700 690 680 670 660 650 640 630 4620 610 600 5 90 580 570 560 550

1 1

1 1 1 1

1.77' 780

817 823

Р?.,Н

849 855 860

Рис. 4. Номограмма: Р2 =/(к); Рх = /(к); / = 1.2 мм; в = 0.2 мм/об;

Л/л, = 0.4 мм. Пара «40ХН2МА - Т15К6», термоЭДС пары Эпр = 12.3 мВ Таким образом, методика обеспечивает определение скорости резания и сил резания для назначенного расчётным методом периода стойкости РИ, где заранее заданы глубина резания, подача и величина линейного износа на задней грани РИ при лезвийной обработке конструкционных хромоникельмолибдено-вых сталей. Использование методики при назначении режимов резания позволяет полностью использовать РИ за его назначенный расчётным методом период размерной стойкости.

Разработан алгоритм к написанию программы ЭВМ определения допустимой скорости резания при заданной подаче и глубине резания на автоматизированном станочном оборудовании на основе разработанной методики. Алгоритм позволяет производить для партии обрабатываемых деталей, изготовленных из конструкционных хромоникельмолибденовых сталей, автоматизированную коррекцию скорости и подачи резания при смене изношенного твердосплавного РИ новым с сохранением первоначально назначенной размерной стойкости РИ, причём шероховатость поверхностного слоя обрабатываемых де-

талей после смены РИ остается в пределах заданного квалитета.

Реализация методики и алгоритма подтверждается регистрацией в государственном Реестре программы для ЭВМ 11.01.2011г. под № 2011610255 РФ.

В третьей главе проведена экспериментальная проверка расчётных параметров силовой модели, а именно: измерение сил трения и параметров контакта между срезаемым слоем и передней гранью РИ; измерение коэффициента поперечной усадки стружки.

Измерения проводились с использованием специального стенда, изготовленного на базе токарно-винторезного станка модели 1А616 и разработанной оригинальной методики измерения сил трения и длин контактов при резании материалов. На стенде были установлены: устройство для измерения сил трения и длин контактов при резании материалов «ИУ-5-ТРп» (рис. 5) (Пат. №2397476 РФ) с контрольно-измерительной аппаратурой фирмы ЗАО «ПРИБОР.РУ».

Рис. 5. Стенд на базе токарно-винторезного станка модели 1А616 с устройством «ИУ-5-ТРп» и контрольно-измерительной аппаратурой фирмы

ЗАО «ПРИБОР.РУ»

Разработанная методика отличается от существующей методики, описанной МБ. Гордоном (Пат. №88039 СССР), тем, что при проведении измерений сил трения между срезаемым слоем и передней гранью РИ значительно сокращается трудоемкость предварительной настройки устройства «ИУ-5-ТРп». Для правильности показаний устройством «ИУ-5-ТРп» сил трения перед измерениями была произведена оценка точностных характеристик этого устройства. В ходе оценки установлено, что суммарная погрешность при измерениях сил трения не превышает 5-6%.

Измерения сил трения проводились традиционным методом однофактор-ного планирования для свободного резания твердосплавным РИ (Т5К10) цилиндрических заготовок, изготовленных из конструкционной стали 40ХН2МА ГОСТ 4543-71, имеющей сертификат качества №2250 ОАО «Волжский трубный завод». Режимы резания: глубины резания (7, 2, 3 мм), подачи резания (0.13; 0.19; 0.3; 0.33; 0.4 мм/об), скорости резания (50.8; 79; 100; 127; 158; 200м/мин).

В результате измерений с помощью разработанной методики измерения сил трения и длин контактов между срезаемым слоем и передней гранью РИ проверена правильность расчёта сил трения в силовой модели для стали 40ХН2МА на передней грани РИ (рис. 6). Получены экспериментальные зависи-

1000.00

р. 600.00

90.00 130.00 170.00 Скорость резания, м/мин

210.00

мости длины и ширины контакта для пары «40ХН2МА - Т5К10» от скорости, глубины резания и подачи. Экспериментально определен коэффициент поперечной усадки стружки и проверена правильность расчёта этого коэффициента в главе 2 по формуле (2). Установлено, что расчёты сил трения в силовой модели (главе 2) имеют хорошую корреляцию с экспериментальными значениями сил трения для пары «40ХН2МА - Т5К10».

В четвертой главе проведены испытания размерной стойкости РИ с целью определения коэффициентов и показателей степени, входящих в формуле (20) и (23) в лабораторных и производственных условиях на специальном стенде, который был создан на базе токарно-винторезного станка 16К20. На стенде был установлен прибор «ВШВ-003-М2», регистрирующий уровень виброакустических колебаний технологической системы и используемый для контроля начала роста критического размерного износа РИ при измерении периода стойкости РИ (рис. 7). Данные, полученные в работе с помощью прибора «ВШВ-003-М2», хорошо коррелируют с выполненными в СГТУ исследованиями В.В. Бондарева, Б.М. Бржозовского и A.A. Игнатьева.

В процессе испытаний периодически измерялся размерный износ на задней грани РИ с помощью установки для измерения размерного износа РИ по методике В.В. Бондарева. Установка для измерения размерного износа РИ имеет метрологическую аттестацию. Использование

Fip Экспер t-Змм S=0.3mm35 Ftp Экспер 1=2мм в-О.Змрл/эб Гтр Экспер t= 1мм S=0 3wwo6

-F1 Теор t=3MM S=0.3mm'o6 - F1 Теор Ь2мм S=0.3mm'o6 -F1 Teop 1=1 мм S=0.3Mitfo6

Рис. 6. Зависимость сил трения между срезаемым слоем и передней гранью инструмента от скорости резания, при переднем угле ноль градусов. Пара «40ХН2МА-Т5К10»

Режим работы РИ с повышенными колебаниями ТС Переходный режим работы РИ

Рис. 7. Запись виброакустических колебаний технологической системы (ТС) для пары «40ХН2МА - твердый сплав»

установки по методике В.В. Бондарева на токарных станках позволяет много-

кратно подводить измерительные головки к поверхностям резца, чтобы наконечник одной из них попадал на режущую кромку резца, а другой - на уступ, который являлся установочной базой.

Величина линейного износа на задней грани РИ hízn измерялась по фотографиям изношенных лезвий СМП РИ, выполненных с х 90 кратным увеличением.

Производилось сравнение измеренной величины линейного износа кт РИ по фотографиям с расчётной величиной линейного износа в силовой модели (форм. (14)) и пересчитанной величиной линейного износа через величину размерного износа РИ. Средняя относительная ошибка при сравнении экспериментально полученной величины линейного износа на задней грани РИ с расчётной величиной линейного износа в модели (формула (14)) не превышает 14-15%.

Испытания периода размерной стойкости РИ проводились методом ПФЭ для продольного точения твердосплавным РИ с СМП (Т5К10 и Т15К6; главный угол в плане 90 градусов; передний угол 0 град; задний угол 10 град; радиус скругления режущих кромок 0.05 мм, радиус при вершине - 1 мм) цилиндрических деталей, изготовленных из стали 40ХН2МА (наружный диаметр 90 мм, внутренний диаметр 76 мм) в диапазонах режимов резания: глубин резания (0.5 -3 мм), подач (0.1 - 0.8 мм/об), скоростей резания (50 - 200 м/мин). РИ перед испытаниями был отсортирован по термоэлектродвижущей силе (термоЭДС, Э„р, мВ) кратковременного пробного прохода на фиксированных режимах (V=100 м/мин; S=0.1 мм/об; t=l мм) в паре со сталью 40ХН2МА, так, чтобы 3„р(40ХН2Ш-Т15К6) = 11±О.ЗмВ, Э Эпр(40ХН2МА-Т5К10) = 16.5±0.3 мВ.

На основании экспериментальных данных определены коэффициент и показатели степени в формуле (20). Получена формула (20) в числовых значениях:

37421.47

~у 0.99 0.35 _ ^0.15 rjí.45>MUH (24)

где С.т = 37421.47; хт = 0.99; ут = 0.35; zT = 0.15; пт = 1.45.

Получена окончательная формула для определения периода стойкости РИ через величину к путем подстановки коэффициента и показателей степени формулы (24) в формулу (23):

43914.51

у0.79 _ £-0.25 é jO.32 _ 1.445 > МИН (25)

где СкТ = 43914.51, хкТ = 0.79; укТ = -0.25; zkT = 0.32; пкТ = 1.445;V = 50...200 м/мин; S = 0.1. ..0.8 мм/об; t - 0.5...3 мм; Эпр = 11...17 мВ; причём величина к для разных сочетаний (V, S, t, Э„р, h¡zn) может лежать в пределах от 0.28 до 2.97. Средняя относительная ошибка при сравнении экспериментальных значений периода стойкости РИ, полученных ПФЭ, с расчётными значениями, полученными по формуле (25), не превышает ±10%. Следовательно, формулу (25) можно использовать в расчётах силовой модели (глава 2) по методике или алгоритму определения допустимой скорости резания твердосплавного РИ титановольфрамокобальтовой группы при заданных глубине резания и подаче для получистовой и черновой токарной обработки конструкционных хромоникельмолибденовых сталей.

С помощью расчётов силовой модели по разработанной методике определена скорость резания при заданных глубине и подаче для серийной обработки

за год 1000 одинаковых деталей, изготовленных из стали 40ХН2МА, твердосплавным РИ (СМИ из сплава ОС4035) на токарно-винторезном станке 16К20ФЗ, позволяющая при постоянном периоде размерной стойкости РИ с СМП, равном 15 мин, экономить машинное время до 400 мин за год, что соответствует повышению производительности до 20%, причём экономия СМП достигает до 22% за год, при этом от внедрения методики в производство ожидается экономический эффект по экономии одного типа СМП до 8000 руб. за год, что подтверждено актом передачи результатов исследований.

На рис. 8 представлены графические поверхности изменения периода стойкости Т РИ от Г, V для термоЭДС пробного прохода контактирующей пары «40ХН2МА - Т15К6», равной 11 мВ.

Рис. 8. Период размерной стойкости 7"режущего инструмента.

Пара «40ХН2МА-Т15Кб», термоЭДС пары Э„р=11 мВ

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ научно-технической информации показал, что в производственных условиях формирование контакта в паре, например, «сталь - твердый сплав» происходит неорганизованно, случайно, что приводит к неполному использованию РИ за его назначенный период стойкости.

2. Разработана и обоснована силовая модель расчёта сил, включающая уточнение и развитие представлений о процессе лезвийной обработки на семи этапах моделирования с помощью комплекса взаимосвязанных аналитических и эмпирических формул и позволяющая определять период стойкости твердосплавного РИ (теплопроводность РИ от /2,5 Вт/(м-К) до 38 Вт/(м-К)) с погрешностью, не превышающей ±10% при токарной обработке конструкционных хромоникель-молибденовых сталей (стали типа: 40ХН2МА, Э8Х2НЗМ, 40Х2Н2МА) на получистовых режимах резания (/ = 0.5 ... 2 мм, 5 = 0.1... 0.4 мм/об, V = 50 ... 200 м/мин) и черновых режимах резания (г = 2 ... 3 мм, 5 = 0.4... 0.8мм/об, V = 50 ... 200 м/мин) с неравномерностью припуска по диаметру до 15-20% (для точного измерения величины термоЭДС пробного прохода), кроме черновых грубых обдирочных токарных операций.

3. Для реализации модели на практике разработана методика, которая обеспечивает определение скорости резания и сил резания для назначенного расчётным методом периода размерной стойкости РИ, где заранее заданы глубина резания, подача и величина линейного износа на задней грани РИ при лезвийной обработке конструкционных хромоникельмолибденовых сталей. Использование методики при назначении режимов резания позволяет полностью использовать режущие свойства инструмента за его назначенный расчётным методом период размерной стойкости.

4. Разработан алгоритм к написанию программы ЭВМ определения допустимой скорости резания при заданной глубине резания и подаче на автоматизированном станочном оборудовании на основе разработанной методики. Алгоритм позволяет производить для партии обрабатываемых деталей, изготовленных из конструкционных хромоникельмолибденовых сталей, автоматизированную коррекцию скорости и подачи резания при смене изношенного твердосплавного РИ новым с сохранением первоначально назначенной размерной стойкости РИ, причём шероховатость поверхностного слоя обрабатываемых деталей после смены РИ остается в пределах заданного квалитета.

5. Для проверки расчёта сил трения в силовой модели разработаны и изготовлено устройство «ИУ-5-ТРп» и методика для измерения сил трения и длин контактов между срезаемым слоем и передней гранью РИ. Установлено, что расчёты сил трения в силовой модели (главе 2) имеют хорошую корреляцию с экспериментальными значениями сил трения для пары «40ХН2МА - Т5К10».

6. Определена область применения силовой модели в производственных условиях. Рекомендуется применять расчёты в модели по методике или алгоритму для определения допустимой скорости резания при получистовой и черновой обработке конструкционных хромоникельмолибденовых сталей твердосплавным РИ на токарно-винторезных станках с ЧПУ и без ЧПУ типа: 16К20ФЗ, 8К40Р, СК6140, СУ6140, 16К20.

7. Результаты исследований приняты к внедрению:

^ в производственные условия ООО «Завод РОТОР» для определения скорости резания на автоматизированном станочном оборудовании, что обеспечивает снижение простоя токарного оборудования вследствие преждевременного выхода из строя РИ, снижение расхода РИ за год до 22% и повышение производительности обработки до 20%, что подтверждается соответствующим актом.

в учебный процесс подготовки бакалавров по направлению «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств» КТИ (филиал) ВолгГТУ, что подтверждается соответствующим актом.

По теме диссертации опубликованы следующие работы, раскрывающие ее основное содержание:

Публикации в изданиях, рекомендованных перечнем ВАК РФ

1. Иващенко А.П. Исследование влияния режимов резания материалов на условия контакта по передней и задней поверхностям отрезного инструмента / Н.Г. Неумоина, А.П. Иващенко // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2008. № 1 (30). С. 24-31.

2. Иващенко А.П. Методика измерения сил трения и длин контактов на передней грани режущего инструмента при резании материалов / Н.Г. Неумоина, А.П. Иващенко // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2009. Том 11(27), №5 (2). С. 313-315.

3. Иващенко А.П. Определение стойкости режущего инструмента с помо-

щыо экспериментально-аналитического моделирования силовых зависимостей при резании материалов / А.П. Иващенко, А.А. Игнатьев // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2010. № 3 (48). С. 53-60.

Патенты

4. Пат. 2397476 РФ, МПК G 01 N 19/02. Устройство для измерения сил трения и длин контактов при резании материалов / А.П. Иващенко, A.B. Белов, Н.Г. Неумоина. Опубл в Бюл. №23, 2009.

5. П.м. 77972 РФ, МПК G 01 N19/02. Устройство для измерения сил трения и длин контактов при резании материалов / А.П. Иващенко, A.B. Белов, Н.Г. Неумоина, Опубл в Бюл. №31, 2008.

Публикации в других изданиях

6. Иващенко А.П. Определение наилучших условий нагружения и сил трения на рабочих поверхностях режущего инструмента / Н.Г. Неумоина, А.П. Иващенко // Прогрессивные технологии в обучении и производстве: сб. науч. тр. / ВолгГТУ, КТИ (филиал) ВолгГТУ. Камышин, 2007. Т.1. С. 21-24.

7. Иващенко А.П. Расчёт сил трения на режущих поверхностях отрезного инструмента разной конфигурации / А.П. Иващенко, Н.Г. Неумоина // Прогрессивные технологии в современном машиностроении: сб. ст. III Междунар. науч.-техн. конф. / Приволж. Дом знаний. Пенза, 2007. С. 62-64.

8. Иващенко А.П. Расчёт сил трения на передней и задней поверхностях токарного инструмента разной конфигурации / А.П. Иващенко, Н.Г. Неумоина // Городу Камышину - творческую молодёжь: матер, первой регион, науч.-практ. студ. конф. / КТИ (филиал) ВолгГТУ. Волгоград, 2007. Т.1. С. 160-164.

9. Иващенко А.П. Краткий обзор лабораторных устройств, предназначенных для измерения сил трения и длин контактов по передней поверхности режущего инструмента / Н.Г. Неумоина, А.П. Иващенко // Автоматизация и управление в машино- и приборостроении: сб. науч. тр. / Сарат. гос. техн. ун-т. Саратов, 2008. С. 150-153.

10. Иващенко А.П. Применение различных методов в моделировании процессов трения на рабочих поверхностях инструмента / Н.Г. Неумоина, А.П. Иващенко II Математические методы в технике и технологиях. ММТТ-21: сб. тр. XXI Междунар. науч. конф. / Сарат. гос. техн. ун-т. Саратов, 2008. Т. 4. С. 124126.

И.Иващенко А.П. Разработка устройства, предназначенного для исследования процессов трения на режущих поверхностях инструмента/ А.П. Иващенко // Проблемы исследования и проектирования машин: сб. ст. IV Междунар. науч.-техн. конф. / Приволж. Дом знаний. Пенза, 2008. С.12-14.

12. Иващенко А.П. Силовой анализ зоны механической обработки и обоснование рациональных параметров конструкции устройства для измерения сил трения и длин контактов по передней поверхности резца / Н.Г. Неумоина, А.П. Иващенко // Инновационные технологии в обучении и производстве: матер. V Всерос. науч.-практ. конф. / ВолгГТУ, КТИ (филиал) ВолгГТУ. Волгоград, 2008. ВЗт. Т.2 С. 54-57.

13. Иващенко А.П. Анализ влияния режимов резания материалов на условия контакта по режущим поверхностям отрезного инструмента с нулевым передним углом / А.П. Иващенко // Автоматизация и управление в машино- и приборостроении: сб. науч. тр. / Сарат. гос. техн. ун-т. Саратов, 2009. С. 72-78.

14. Иващенко А.П. Теорема об измерении сил трения по передней грани рез-

19

ца / А.П. Иващенко // Прогрессивные направления развития технологии машиностроения: сб. науч. тр. / Сарат. гос. техн. ун-т. Саратов, 2010. С. 63-68.

15. Иващенко А.П. Методика повышения износостойкости токарного режущего инструмента при обработке металлов резанием / А.П. Иващенко, A.A. Игнатьев // Прогрессивные направления развития технологии машиностроения: сб. науч. тр. / Сарат. гос. техн. ун-т. Саратов, 2010. С. 69-70.

16. Свидетельство 2011610255 РФ. Многофакторный анализ и синтез режимных параметров при резании конструкционных углеродистых сталей твердосплавным режущим инструментом титановольфрамокобальтовой группы / А.П. Иващенко. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 11 января 2011г.

ИВАЩЕНКО Александр Петрович

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ ПРИ ЛЕЗВИЙНОЙ ОБРАБОТКЕ КОНСТРУКЦИОННЫХ ХРОМОНИКЕЛЬМОЛИБДЕНОВЫХ СТАЛЕЙ НА ОСНОВЕ УТОЧНЕНИЯ И РАЗВИТИЯ СИЛОВОЙ МОДЕЛИ

Автореферат

Корректор Л.А. Скворцова

Подписано в печать 11.01.11 Формат 60x84 1/16

Бум. офсет. Усл. печ. л. 1,0 Уч.-изд. л. 1,0

Тираж 100 экз. Заказ 18 Бесплатно

Саратовский государственный технический университет 410054, Саратов, Политехническая ул., 77

Отпечатано в Издательстве СГТУ, 410054 г. Саратов, ул. Политехническая, 77 Тел.: 24-95-70; 99-87-39, e-mail: izdat@sstu.ru

Сокращения и обозначения

Введение

1 Анализ современных представлений о стойкости режущего инструмента

1.1 Анализ причин, приводящих к снижению стойкости режущего инструмента при резании материалов

1.2 Анализ способов повышения стойкости материалов режущих инструментов

1.3 Методы и средства контроля состояния режущего инструмента 32 1.4. Оценка работ в области моделирования процесса резания материалов. Постановка задач исследования

2 Уточнение и развитие силовой модели при лезвийной обработке конструкционных хромоникельмолибденовых сталей твердосплавным режущим инструментом

2.1. Силовая модель расчета сил при лезвийной обработке конструкционных хромоникельмолибденовых сталей твердосплавным режущим инструментом

2.2 Методика определения допустимой скорости резания при лезвийной обработке твердосплавным режущим инструментом конструкционных хромоникельмолибденовых сталей

2.3 Алгоритм автоматизированного определения допустимой скорости резания при лезвийной обработке твердосплавным режущим инструментом конструкционных хромоникельмолибденовых сталей

2.4 Выводы

3 Экспериментальная проверка расчетных параметров силовой модели

3.1 Материалы и оборудование для проведения силовых испытаний

3.2 Погрешности при измерениях, возникающие в устройстве для измерения сил трения и длин контактов при резании материалов

3.3 Оценка точностных характеристик устройства для измерения сил трения и длин контактов при резании материалов

3.4 Методика измерения сил трения и длин контактов при резании материалов

3.5 Аппаратура, применяемая для измерения виброускорения при резании материалов

3.6 Измерение сил трения и длин контактов с помощью устройства для измерения сил трения и длин контактов при резании материалов

3.7 Измерение коэффициента поперечной усадки стружки и виброускорения при резании материалов

3.8 Выводы 155 4 Практическая реализация результатов исследования при лезвийной обработке конструкционных хромоникельмолибденовых сталей

4.1. Измерение размерной стойкости твердосплавного режущего инструмента при лезвийной обработке конструкционных хромоникельмолибденовых сталей

4.2 Практическое применение силовой модели

Актуальность темы. К современным деталям станкостроения и автомобилестроения предъявляются высокие требования к физико-механическим свойствам. Большинство деталей работают при динамических нагрузках в условиях пониженных или повышенных температур - это, например, коленчатые валы, клапаны, цилиндры, диски турбокомпрессоров, шевронные валы. Данные детали, как правило, выполняются из конструкционных среднеуглеродистых хромоникельмолибденовых сталей типа: 40ХН2МА, 38X2H3M, 40Х2Н2МА, которые обладают малой склонностью к хрупкому разрушению, высокой прочностью при достаточной пластичности и вязкости.

Наибольшее применение на автоматизированном станочном оборудовании получили сборные твердосплавные режущие инструменты со сменными многогранными пластинами (СМП). Существует большое количество технологической информации в каталогах и справочниках по назначению периода стойкости режущего инструмента (РИ) и определения соответствующих ему режимов резания при лезвийной обработке конструкционных сталей на автоматизированном оборудовании, которые созданы на основе продолжительных экспериментальных исследований в производственных условиях. Однако остается до конца не решенной методологическая задача интенсификации режимов резания при лезвийной обработке конструкционных хромоникельмолибденовых сталей, достигаемая повышением скорости резания при обеспечении более полного использования режущих свойств твердосплавного инструмента с СМП за его назначенный период стойкости. Результаты исследований G.F. Micheletti и A.B. Кибальченко показывают, что затраты времени на выявление и ликвидацию преждевременного износа РИ в среднем на производстве составляют 10% общего времени работы станков. Как правило, это связано с неточным выбором скорости резания или материала РИ. Существенное влияние на работу РИ оказывают силы при лезвийной обработке, которые образуются в результате контактного взаимодействия между обрабатываемым и инструментальным материалами. Силы, действующие при лезвийной обработке, определяют изнашивание режущих поверхностей инструмента и температуру на этих поверхностях и существенно изменяются в зависимости от различных режущих свойств инструментов и свойств обрабатываемых сталей. Учет сил резания при назначении периода стойкости инструмента позволит определять скорость резания, соответствующую этим силам для конкретных режущих свойств инструмента и свойств обрабатываемой стали.

Таким образом, разработка методики определения допустимой скорости резания при заданной глубине резания, подаче и норме износа на задней грани РИ, обеспечивающей более полное использование режущих свойств твердосплавного инструмента с СМП за его назначенный период размерной стойкости, за счет расчетов в силовой модели является актуальной задачей.

Цель работы: интенсификация режимов резания на основе модели сил, действующих при лезвийной обработке конструкционных хромоникельмолибденовых сталей твердосплавным режущим инструментом, достигаемая повышением скорости резания с обеспечением более полного использования режущих свойств инструмента с СМП за его назначенный период размерной стойкости.

Методы и средства исследований.

Теоретические исследования выполнены с использованием соответствующих разделов теории резания материалов, теории прочности, научных основ технологии машиностроения.

Экспериментальные исследования проводились по стандартным и оригинальным методикам с использованием специальных стендов, изготовленных на базе двух токарно-винторезных станков моделей 16К20 и 1А616. На стендах были установлены: устройство для измерения сил трения и длин контактов при резании материалов (Пат. №2397476 РФ) с контрольноизмерительной аппаратурой фирмы ЗАО «ПРИБОР.РУ» (зарегистрированной в Государственном реестре средств измерений под №37872-08 и №37875-08) и стандартный прибор для измерения шума и вибрации «ВШВ-003-М2», оснащенный вибропреобразователем пьезоэлектрическим «ДН-13». Обработка результатов измерений осуществлялась с помощью программы МаШсаё и программы Оасе11 фирмы ЗАО «ПРИБОР.РУ».

Обрабатываемый материал, используемый в экспериментах, -конструкционная среднеуглеродистая хромоникельмолибденовая сталь 40ХН2МА ГОСТ 4543-71, имеющая сертификат качества №2250 ОАО «Волжский трубный завод», так как она является средней по содержанию углерода С = 0.37-0.44%, между сталями: 38Х2НЗМ - С = 0.35-0.45% и 40Х2Н2МА - С = 0.35-0.42%.

Инструментальный материал, используемый в экспериментах, - сменные многогранные пластинки, изготовленные из твердого сплава титановольфрамокобальтовой группы марок Т15К6 и Т5К10, отсортированные по термоэлектродвижущей силе (термоЭДС, Э„р> мВ) кратковременного пробного прохода на фиксированных режимах (¥=100 м/мин; 8=0.1 мм/об; мм) в паре со сталью 40ХН2МА, так чтобы Эпр(4охн2ш-т15Кб) = 11 ±0.3 мВ, а Эпр(40ХН2Ш-Т5К10) - 16.5±0.3 мВ.

Научная новизна. Разработана и обоснована силовая модель расчета сил, включающая уточнение и развитие представлений о процессе лезвийной обработки, с помощью комплекса взаимосвязанных аналитических и эмпирических формул и позволяющая определять период стойкости твердосплавного режущего инструмента при токарной обработке конструкционных хромоникель-молибденовых сталей на получистовых и черновых режимах резания. Разработана методика определения допустимой режущими свойствами инструмента скорости резания при заданной глубине резания и подаче, базирующаяся на силовой модели и предусматривающая последовательность действий, включающих расчет сил при лезвийной обработке, с учетом линейного износа по задней грани режущего инструмента, назначения требуемого периода стойкости режущего инструмента и определения скорости резания. Разработан алгоритм определения допустимой скорости резания при заданной глубине резания и подаче на автоматизированном станочном оборудовании, базирующийся на разработанной методике и устанавливающий для партии обрабатываемых деталей при смене изношенного режущего инструмента новым автоматизированную коррекцию скорости и подачи резания с сохранением первоначально назначенной стойкости режущего инструмента.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

Практическая ценность работы заключается: в разработанной методике определения допустимой скорости резания при заданных глубине резания, подаче и норме износа на задней грани РИ, обеспечивающей более полное использование режущих свойств твердосплавного инструмента с СМП за его назначенный период стойкости, за счет расчетов в силовой модели, позволяющей определять период стойкости твердосплавного РИ титановольфрамокобальтовой группы с погрешностью, не превышающей ±10%, при лезвийной обработке конструкционных хромоникельмолибденовых сталей на получистовых и черновых режимах резания. в разработанном алгоритме расчетного модуля к ЭВМ определения допустимой скорости резания при заданной глубине резания и подаче на автоматизированном станочном оборудовании, устанавливающий для партии обрабатываемых деталей автоматизированную коррекцию скорости и подачи резания при смене изношенного РИ новым с сохранением первоначально назначенной стойкости РИ, причем шероховатость поверхностного слоя обрабатываемых деталей после смены РИ остается в пределах заданного квалитета.

Методика и алгоритм приняты к внедрению в производственные условия ООО «Завод РОТОР» (Волгоградская обл., г. Камышин) для определения допустимой скорости резания при лезвийной обработке твердосплавным РИ конструкционных среднеуглеродистых хромоникельмолибденовых сталей на автоматизированном оборудовании. Использование методики обеспечивает снижение простоя токарного оборудования вследствие преждевременного выхода из строя РИ, снижение расхода РИ за год до 22% и повышение производительности обработки до 20%, что подтверждено актом передачи результатов исследований.

Отдельные научные положения работы, устройство для измерения сил трения и длин контактов при резании материалов с измерительной аппаратурой фирмы ЗАО «ПРИБОР.РУ» приняты к внедрению в учебный процесс подготовки бакалавров по направлению «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств» Камышинского технологического института (филиал) ГОУ ВПО «Волгоградский государственный технический университет», что подтверждено актом передачи результатов исследований.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ, из них: 3 в изданиях, рекомендованных перечнем ВАК РФ, в т. ч. патент на изобретение №2397476 РФ, патент на полезную модель №77972 РФ, свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2011610255 РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 138 наименований. Объем диссертации 210 страниц, в том числе 68 рисунков, 18 таблиц и 12 приложений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Анализ научно-технической информации показал, что в производственных условиях формирование контакта в паре, например, «сталь — твердый сплав» происходит неорганизованно, случайно, что приводит к неполному использованию режущего инструмента за его назначенный период стойкости.

2. Разработана и обоснована силовая модель расчета сил, включающая уточнение и развитие представлений о процессе лезвийной обработки на семи этапах моделирования с помощью комплекса взаимосвязанных аналитических и эмпирических формул и позволяющая определять период стойкости твердосплавного режущего инструмента (теплопроводность инструмента от 12.5 Вт/(м-К) до 38 Вт/(м-К)) с погрешностью, не превышающей ±10% при токарной продольной обработке конструкционных хромоникельмолибденовых сталей (стали типа: 40ХН2МА, Э8Х2НЗМ, 40Х2Н2МА) на получистовых режимах резания (/ = 0.5 . 2 мм, & = 0.1. 0.4 мм/об, V = 50 . 200 м/мин) и черновых режимах резания (( = 2 . 3 мм, £ = 0.4. 0.8 мм/об, V = 50 . 200 м/мин) с неравномерностью припуска по диаметру до 15-20% (для точного измерения величины термоЭДС пробного прохода), кроме черновых грубых обдирочных токарных операций.

3. Для реализации модели на практике разработана методика, которая обеспечивает определение скорости резания и сил резания для назначенного расчетным методом периода размерной стойкости режущего инструмента, где заранее заданы глубина резания, подача и величина линейного износа на задней грани инструмента при лезвийной обработке конструкционных хромоникельмолибденовых сталей. Использование методики при назначении режимов резания позволяет полностью использовать режущие свойства

4. Разработан алгоритм к написанию программы ЭВМ определения допустимой скорости резания при заданной глубине резания и подаче на автоматизированном станочном оборудовании на основе разработанной методики. Алгоритм позволяет производить для партии обрабатываемых деталей, изготовленных из конструкционных хромоникельмолибденовых сталей, автоматизированную коррекцию скорости и подачи резания при смене изношенного твердосплавного режущего инструмента новым с сохранением первоначально назначенной размерной стойкости инструмента, причем шероховатость поверхностного слоя обрабатываемых деталей после смены инструмента остается в пределах заданного квалитета.

5. Для проверки расчета сил трения в силовой модели разработаны и изготовлено устройство «ИУ-5-ТРп» и методика для измерения сил трения и длин контактов между срезаемым слоем и передней гранью режущего инструмента. Установлено, что расчеты сил трения в силовой модели (главе 2) имеют хорошую корреляцию с экспериментальными значениями сил трения для пары «40ХН2МА - Т5К10».

6. Определена область применения силовой модели в производственных условиях. Рекомендуется применять расчеты в силовой модели по методике или алгоритму для определения допустимой скорости резания при получистовой и черновой обработке конструкционных хромоникельмолибденовых сталей твердосплавным режущим инструментом со СМП на токарно-винторезных станках с ЧПУ и без ЧПУ типа: 16К20ФЗ, БК40Р, СК6140, СУ6140, 16К20. в производственные условия ООО «Завод РОТОР» для определения скорости резания на автоматизированном станочном оборудовании, что обеспечивает снижение простоя токарного оборудования вследствие преждевременного выхода из строя режущего инструмента, снижение расхода инструмента за год до 22% и повышение производительности обработки до 20%, что подтверждается соответствующим актом. в учебный процесс подготовки бакалавров по направлению «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств» КТИ (филиал) ВолгГТУ, что подтверждается соответствующим актом.

1. А. с. 88039 СССР, МПК GOln. Прибор для измерения сил трения, возникающих в процессе резания / М.Б. Гордон; Опубл. в Бюл, 1958.

2. A.c. 1351154 СССР, С23С8/00. Способ обработки режущего инструмента / Ю.Г. Кабалдин и др.; Комсомольск-на-Амуре политехнический институт. Опубл. в Бюл, 2010.

3. A.c. 1506925 СССР, С23С14/00. Способ повышения стойкости режущего инструмента / В.И. Езерский и др.; Ульяновский политехнический институт. Опубл. в Бюл., 1999.

4. A.c. 1614519 СССР, С23С14/32. Износостойкое покрытие режущего инструмента / В.И. Езерский и др.; Ульяновский политехнический институт. Опубл. в Бюл., 1999.

5. A.c. 1662130 СССР, С23С14/32. Способ упрочнения режущего инструмента / В.Н. Ляшенко и др.; Опубл. в Бюл., 1999.

6. A.c. 1788786 СССР, С23С8/36. Способ упрочнения режущего инструмента / В.П. Нестеренко и др.; Томский политехнический институт им.С.М. Кирова. Опубл. в Бюл., 2000.

7. A.c. №1009609 СССР. Способ определения режущих свойств твердосплавных инструментов / А.Л. Плотников, Е.В. Дудкин; Опубл. в Бюл., 1983.

8. Автоматизированный контроль износа режущего инструмента по температуре резания // Режущие инструмента: Эксперсс-информация. Зарубежный опыт. М.: ВНИИТЭМР, 1985. Вып. 2. С. 4-9.

9. Аскаков А.Г. Опыт использования режущего инструмента с покрытиями / А.Г. Аскаков, В.Б. Кравцов // Станки и инструмент, 1986. №6. С. 27-28.

10. Бармин Б.П. Вибрации и режимы резания / Б.П. Бармин. М.: Машиностроение, 1972. 71 с.

11. Бесекерский В.А. Теория систем автоматического регулирования / В.А. Бесекерский, Е.П. Попов. М.: Наука, 1975. 768 с.

12. Бобров В.Ф. Основы теории резания материалов / В.Ф. Бобров. М.: Машиностроение, 1975. 344 с.

13. Бондарев В.В. Анализ влияния тепловых возмущений на параметрическую надежность токарных модулей / В.В. Бондарев, В.А. Добряков, A.A.

14. Игнатьев, B.B. Мартынов // Чистовая обработка деталей машин: Межв. научн. сб. Саратов, 1985. С. 88-92.

15. Бондарев В.В. Оперативное диагностирование состояния режущего инструмента на токарных модулях ГПС бесконтактным методом: Дисс. . канд. техн. наук. / В.В. Бондарев. Саратов, 1987.

16. Бондарев В.В. Разработка средств диагностирования токарного модуля / В.В. Бондарев, В.А. Добряков, A.A. Игнатьев и др. // Микропроцессорная техника, техническая диагностика и структура систем управления. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1987. С. 86-90.

17. Бржозовский Б.М. Диагностика автоматических станочных модулей / Б.М. Бржозовский, В.В. Бондарев, A.A. Игнатьев, и др.; Под ред. Б.М. Бржозовского. Саратов: Изд-во Саратовского университета, 1987. 157 с.

18. Бржозовский Б.М. Обеспечение надежности определения режимов лезвийной обработки для автоматизированного станочного оборудования / Б.М. Бржозовский, A.JI. Плотников. Саратов: сарат. гос. техн. Ун-т, 2001. 88 с.

19. Бржозовский Б.М. Точность и надежность автоматизированных прецизионных металлорежущих станков. 4.1 / Б.М. Бржозовский, В.А. Добряков, A.A. Игнатьев, В.В. Мартынов; Саратов: Сарат. политехи, ин-т., 1992. 160 с.

20. Бржозовский Б.М. Управление технологической надежностью модулей ГПС / Б.М. Бржозовский. Саратов: СГТУ, 1989. 108с.

21. В.А. Горелов Разработка методов и средств эффективного выбора режимов резания труднообрабатываемых материалов на основе термосиловых характеристик процессов: Автореф. дисс. . докт. техн. наук. / В.А. Горелов. Москва, 2007.

22. Васильков Д.В. Динамика технологической системы механической обработки / Д.В. Васильков // "Инструмент и технологии". СПб.: Изд. "Инструмент и технологии", 2004. № 17-18. С. 40-48.

23. Вейц B.J1. Динамика и моделирование процессов резания при механической обработке / B.J1. Вейц, В.В. Максаров, П.А. Лонцих. Иркутск: РИО ИГИУВа, 2000. 189 с.

24. Верещака A.C. Работоспособность режущего инструмента с износостойким покрытием / A.C. Верещака. М.: Машиностроение, 1993. 368 с.

25. Вершинин C.B. Исследование зоны резания в случае плоского напряженно-деформированного состояния / C.B. Вершинин // Прогрессивные технологические процессы в тяжелом машиностроении: Сборник статей. Свердловск, 1990. С. 98-101.

26. Виноградов Ю.В. Моделирование процесса резания металла методом конечных элементов: Автореф. дисс. . канд. техн. наук. / Ю.В. Виноградов. Тула, 2004.

27. Влияние режимных факторов на стойкость режущего инструмента // URL: http://stroy-moskwa.ru/osnovy-processa-rezaniya-i-rezhushhij-instrument/ vliyanie-rezhimnyx-faktorov-na-stojkost-rezhushhego-instrumenta.html (дата обращения: 20. 04. 2008).

28. Воробьев A.B. Повышение стойкости токарных резцов за счет обеспечения равномерного изнашивания сменных многогранных пластин: Автореф. дисс. . канд. техн. наук. / A.B. Воробьев. Томск, 2009.

29. Ву Подробная модель силы резания и ее применение при срезании волнистости обработанной поверхности / Ву // Современное машиностроение. Сер. Б., 1989. №2. С. 155-164.

30. Гибкое автоматическое производство / Под ред. С.А. Майорова, Г.В. Орловского, С.Н. Халкиопова // Изд. 2-е, переаб. и дополи. JL: Машиностроение, 1985. 456 с.

31. Гольдшмидт М.Г. Математическое моделирование процесса резания / М.Г. Гольдшмидт М.Г., Ю.П. Стефанов Ю.П. // Обработка металлов, 2002. №3. С. 9-14.

32. Грановский Г.И. Резание металлов / Г.И. Грановский, В.Г. Грановский // учебник для машиностр. и приборостр. спец. вузов. М.: Высш. шк., 1985. 304 с.

33. Дорогова Н.В. Техническая диагностика процессов механообработки в ГАП / Н.В. Дорогова, JT. Н. Петрашина, В.Н. Тисенко, А.И. Федотов // Исследование надежности и долговечности деталей машин: Труды ЛПИ, 1983. №396. С. 92-97.

34. Дроздов H.A. К вопросу о вибрациях станка при токарной обработке / H.A. Дроздов // Станки и инструмент, 1937. №12.

35. Дудкин Е.В. Повышение надежности работы многолезвийного инструмента на автоматических линиях / Е.В. Дудкин, A.JI. Плотников // Автоматизация технологических процессов в машиностроение: Межвуз. сб. науч. тр., ВолгГТУ. Волгоград, 1994. С. 43-47.

36. Жарков И.Г. Вибрации при обработке лезвийным инструментом / И.Г. Жарков. JL: Машиностроение, 1986. 178 с.

37. Железнов Г.С. Определение сил, действующих на заднюю поверхность режущего инструмента / Г.С. Железнов // СТИН, 1999. №2. С. 25-26.

38. Зазимко О.В. Теоретические основы повышения динамического качества технологических машин посредством управления процессами трения в трибосопряжениях: Автореф. дисс. . докт. техн. наук. / О.В. Зазимко. Санкт-Петербург, 2004.

39. Заковоротный B.JI. Контроль износа инструмента при растачивании высокопрочных сталей / B.JI. Заковоротный // Станки и инструмент, 1983. №9. С. 32-33.

40. Зорев H.H. Вопросы механики процесса резания металлов / H.H. Зорев. М.: Машгиз., 1956. 364 с.

41. Исследование и разработка диагностического оборудования для прецизионного токарного станка в комплексно-автоматизированнойсистеме: Отчет о НИР / Сарат. политехи, ин-т; Руководитель Б.М. Бржозовский. № ГР 4004140, инв. № Г-52181. Саратов, 1983. 200 с.

42. Исследование технологической надежности роботизированного токарного прецизионного комплекса: Отчет о НИР / Сарат. полит, ин-т; Руководитель Б.М. Бржозовский. №ГРУ 13352, инв. №Г-56149. Саратов, 1984. 243 с.

43. Иютина И.А. Исследование и применение сплавов рения / И.А. Иютина И.А., В.В. Куприна В.В. и др. // сборник. М.: Машиностроение, 1975.

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

45. Каширин А.И. Исследование вибраций при резании металлов / А.И. Каширин. М.-Л.: АН СССР, 1944. 282 с.

46. Кибальченко A.B. Контроль состояния режущего инструмента: Обзорная информация / A.B. Кибальченко М.: ВНИИТЭМР, 1986. 44 с.

47. Кибальченко A.B. Применение метода акустической эмиссии в условиях ГПС: Обзорная информация /А.В.Кибальченко. М.: ВНИИТЭМР, 1986. 56 с.

48. Коваль М.И. Специальные характеристики и функции систем автоматического управления тяжелых и уникальных станков / М.И. Коваль // Станки и инструмент, 1985. №1. С. 16-20.

49. Козлюк А.Ю. Повышение стойкости режущего инструмента путем комбинированной магнитно-импульсной обработки: Автореф. дисс. . канд. техн. наук. / А.Ю. Козлюк. Барнаул, 2007.

50. Компания Sandvik Coromant // URL: http://coroguide.coromant. sandvik.com/main.asp?LangID=RUS (дата обращения: 20. 06 2009).

51. Костецкий Б.И. Эволюция структурного и фазового состояния и механизмы самоорганизации материалов при внешнем трении / Б.И. Костецкий // Трение и износ, 1993. Т. 14. №4. С. 773-783.

52. Кравченко А.Б. Обоснование заданных эксплуатационных характеристик деталей ГТД путем целенаправленного регулирования остаточных напряжений при лезвийной обработке: Дисс. . канд. техн. наук. / А.Б. Кравченко. Куйбышев, 1990.

53. Кравченко Б.А. О влиянии параметров обработки на силы, действующие на поверхностях инструмента / Б.А. Кравченко // Вестник Машиностроения. М.: Машиностроение. 1989. №6.

54. Крагельский И.В. Трение и износ / И.В. Крагельский. М.: Машгиз, 1962. 380 с.

55. Кретинин О.В. Выбор параметров для оценки износа инструмента в процессе обработки / О.В. Кретинин, А.П. Еленин, А.Р. Кварталов // Станки и инструмент, 1871. №1. С. 25-26.

56. Кривоухов В.А. Обработка металлов резанием / В.А. Кривоухов, Б.Е. Бруштейн, С.Е. Егоров. М.: Государственное издательство оборонной промышленности, 1958. 628 с.

57. Кудинов В.А. Динамика станков / В.А. Кудинов М.: Машиностроение, 1967. 360 с.

58. Лоладзе Т.Н. Износ режущего инструмента / Т.Н. Лоладзе. М.: Машгиз, 1958.355 с.

59. Лоладзе Т.Н. Прочность и износостойкость режущего инструмента / Т.Н. Лоладзе. М.: Машиностроение, 1982. 320 с.

60. Макаров А.Д. Износ и стойкость режущих инструментов. / А.Д. Макаров. М.: Машиностроение, 1966. 264 с.

61. Макаров И.М. Линейные автоматические системы / И.М. Макаров, Б.М. Менский. М.: Машиностроение, 1982. 504 с.

62. Марков H.H. Погрешности от температурных деформаций при линейных измерениях / H.H. Марков, П.А. Сацердотов. М.: Машиностроение, 1976.232 с.

63. Марочник сталей и сплавов. 2-е изд., доп. и испр. / A.C. Зубченко, М.М. Колосков, Ю.В. Каширский и др.; Под общ. ред. A.C. Зубченко. М.: Машиностроение, 2003. 784 с.

64. Маталин A.A. Технология механической обработки / A.A. Маталин. Л.: Машиностроение, 1977. 464 с.

65. Мигранов М.Ш. Повышение износостойкости инструментов на основе процессов адаптации поверхностей трения при резании металлов: Автореф. дисс. . докт. техн. наук. / М.Ш. Мигранов. Москва, 2007.

66. Мурашкин Л.С. Прикладная нелинейная механика станков / Л.С. Мурашкин, С.Л. Мурашкин . Л.: Машиностроение, 1977. 192 с.

67. Невельсон М.С. Автоматическое управление точностью обработки на металлорежущих станках/М.С.Невельсон. Л.Машиностроение, 1982. 184 с.

68. Обработка металлов резанием: Справочник технолога / А. А. Панов, В. В. Аникин, Н. Г. Бойм и др.; Под ред. А. А. Панова. М: Машиностроение, 1988. 736 с.

69. Общемашиностроительные нормативы режимов резания: Справочник. М.: Машгиз, 1959. 348 с.

70. Общемашиностроительные нормативы режимов резания: Справочник: В 2 т. / А. Д. Локтев, И. Ф. Гущин, В. А. Батуев и др.; Под ред. А. Д. Локтева. М.: Машиностроение, 1991. Т. 1. 640 с.

71. Остафьев В.А. Устройство для измерения скорости износа режущего инструмента в системах адаптивного управления процессом резания / В.А. Остафьев, Т.С.Тымчик, В.В.Шевченко/УПриборостроение, 1984.№4.С. 16-17.

72. П.м. 77972 РФ, МПК G 01 N 19/02. Устройство для измерения сил трения и длин контактов при резании материалов /А.П. Иващенко, A.B. Белов, Н.Г. Неумоина; ВолгГТУ. Опубл. в Бюл. №31, 2008.

73. Палей С.М. Контроль состояния режущего инструмента на станках с ЧПУ: Обзор / С.М. Палей, С.В. Васильев М.: НИИмаш, 1983. 52 с.

74. Палей С.М. Состояние и тенденции развития способов прогнозирования периода стойкости лезвийного режущего инструмента: Обзорная информация / С.М. Палей. М.: ВНИИТЭМР, 1985. 44 с.

75. Пат. 2063307 РФ, С1 6 В 23 В 25/06. Способ определения допустимой скорости резания при механической обработке детали твердосплавным инструментом / А. Л. Плотников; Опубл. в Бюл., 1996.

76. Пат. 2107588 РФ, В23В27/16. Резец / В.Г. Войтенко и др.; Алтайский государственный технический университет. Опубл. в Бюл., 1998.

77. Пат. 2186670 РФ, В23Р18/28, C21D9/22. Способ повышения износостойкости режущих инструментов / Е.А. Памфилов и др.; БГИТА. Опубл. в Бюл., 2002.

78. Пат. 2262420 РФ, B23D13/00. Резец для станочной обработки / М.Б. Гатовский; Опубл. в Бюл., 2005.

79. Пат. 2266974 РФ, С23С14/06 Способ повышения стойкости режущего инструмента / В.П. Табаков, A.B. Циркин; УлГТУ. Опубл. в Бюл., 2005.

80. Пат. 2267381 РФ, В23В21/00. Способ подавления автоколебаний при токарной обработке / H.A. Афонина и др.; ТулГУ. Опубл. в Бюл., 2006.

81. Пат. 2296650 РФ, В23В27/00. Режущая пластина для точения / Н.А. Корюкина; Опубл. в Бюл., 2007.

82. Пат. 23151116 РФ, C21D9/22. Способ обработки режущего инструмента в жидком азоте и его использование / Ю.Н. Буригин и др.; ФГУП «Комбинат «Электрохимприбор». Опубл. в Бюл., 2008.

83. Пат. 2319607 РФ, В27ВЗЗ/02. Режущий инструмент с имеющей канавку режущей кромкой / П.А. Дион и др.; Опубл. в Бюл., 2008.

84. Пат. №2120354 РФ, С1 В 23 В 25/06. Способ определения составляющих силы резания на токарных станках с ЧПУ / A.JI. Плотников, В.В. Еремеев; Опубл. в Бюл., 1998.

85. Плотников A.JI. Управление режимами резания на токарных станках с ЧПУ: Монография / A.JI. Плотников, А.О. Таубе // Волгоград, гос. техн. унт. Волгоград, 2003. 184 с.

86. Полетика М.Ф. Контактные нагрузки на режущих поверхностях инструмента / М.Ф. Полетика. М.: Машиностроение, 1969. 150 с.

87. Попов Е.П. Прикладная теория процессов управления в нелинейных системах / Е.П. Попов. М.: Наука, 1973. 584 с.

88. Постников С.Н. Электрические явления при трении и резании / С.Н. Постников. Горький, 1975. 279 с.

89. Прогрессивные режущие инструменты и режимы резания металлов: Справочник / В. И. Баранчиков, А. В. Жаринов, Н. Д. Юдина, А. И. Садыхов; Под общ. ред. В. И. Баранникова. М.: Машино-строение, 1990. 400 с.

90. Проников А.С. Программный метод испытания металлорежущих станков / А.С. Проников. М.: Машиностроение, 1982. 232 с.

91. Резников А.Н. Тепловые процессы в технологических системах / А.Н. Резников, JT.A. Резников // Учебник для вузов по специальностям «Технология машиностроения» и «Металлорежущие станки и инструмент». М.: Машиностроение, 1990. 288 с.

92. Свидетельство. 2009612567 РФ, Расчет температур на контактных площадках твердых тел при резании материалов /А.П. Иващенко, Н.Г. Неумоина; ВолгГТУ. 2009.

93. Силы и работа резания // Библиотека инструментальщика. URL: http://info.instrumentmr.ru/rezanie/sila.shtml (дата обращения: 15. 06. 2010).

94. Система типа Brushsensor для наблюдения за состоянием режущего инструмента в процессе обработки на токарных станках // Технология и оборудование механосборочного производства: Эксперсс-информация. Зарубежный опыт-М.: ВНИИТЭМР, 1985. Вып. 8. С. 1-5.

95. Солонин И.С. Математическая статистика в технологии машиностроения / И.С. Солонин М.: Машиностроение, 1972. 216 с.

96. Способ определения составляющих сил резания на станках с ЧПУ // URL: http://ru-patent.info/21/20-24/2120354.html (дата обращения: 15. 04. 2008).

97. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. / В.Б. Борисов, Е.И. Борисов, В.Н. Васильев и др.; Под ред. А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1985. Т.2. 656 с.

98. Старков В.К. Обработка резанием. Управление стабильностью и качеством в автоматизированном производстве / В.К. Старков. М.: Машиностроение, 1989. 269 с.

99. Талантов Н.В. Физические основы процесса резания, изнашивания и разрушения инструмента / Н.В. Талантов. М.: Машиностроение, 1992. 240 с.

100. Точность и надежность станков с числовым программным управлением / Под ред. A.C. Проникова. М.: Машиностроение, 1982. 256 с.

101. Трусов В.В. Математическая модель вибраций при резании / В.В. Трусов // Производительная обработка и надежность деталей машин: Меж. вуз. сб. тр., Ярославль, 1981. С. 18-29.

102. Федоров B.JI. Инструментальные материалы и вопросы стружкодробления в гибких производственных системах / В.Л. Федоров, Э.Н. Дымова // Итоги науки и техники. ВИНИТИ. Сер. Резание металлов. Станки и инструменты. 1991. Т10. С 1-136.

103. Федоров В.Л. Режущие инструменты для гибких производственных систем / В.Л. Федоров, Э.Н. Дымова // Итоги науки и техники. ВИНИТИ. Сер. Резание металлов. Станки и инструменты. 1989. Т8. С 85-174.

104. Физические основы процесса резания материалов / Под ред. В.А. Остафьева. Киев. Высшая школа, 1976. 135 с.

105. Филимонов JI.H. Особенности стружкообразования в условиях локального термопластического сдвига при высокоскоростном резании / JI.H. Филимонов, JI.H. Петрашина//Вестник машиностроения, 1993. №5-6, С. 23-25.

106. Хает Л.Г. Обеспечение качества инструмента в гибком автоматизированном производстве: Обзорная информация / Л.Г. Хает, Т.В. Казаков. М.: ВНИИТЭМР, 1986. 40 с.

107. Хан Г. Статистические модели в инженерных задачах / Пер. с англ. Е.Г. Коваленко; Под ред. В.В. Налимова. М.: Мир, 1969. 396 с.

108. Эйдельман Ю.С. Система автоматического управления точностью обработки и диагностики инструментов на токарно-револьверном станке с ЧПУ. Л.: ЛДНТП, 1985. 28с.

109. Эльясберг М.Е. Автоколебания металлорежущих станков: Теория и практика / М.Е. Эльясберг. СПб.: ОКБС, 1993. 182 с.

110. Юзефович Д.К. Расчет потребности в многолезвийном режущем инструмента по методу Монте-Карло / Д.К. Юзефович, Ю.С. Гусев, С.И. Мурашкин // Надежность режущего инструмента: Сб. трудов. Киев-Донецк: Вища школа, 1975. Вып. 2. С. 54-55.

111. Яковлев М. Г. Повышение производительности токарной обработки маложестких деталей из никелевых сплавов на основе моделирования динамики процесса резания: Автореф. дисс. . канд. техн. наук. / М. Г. Яковлев. Москва, 2009.

112. Chandrasekaran H. Photoelgstic analysis of tool-chip interface stresses / H. Chandrasekaran, D.B. Kapoor // Transactions of the ACME. Ser. B. 1965 №4. P.87-99.

113. Chao B.T. Cutting temperatures and metal 1-cuttmg phenomena / B.T. Chao, K.J. Trigger// Transactions of the ASME. 195173. №6.

114. CookN.H. Tool wear sensors /N.H. Cook// Wear, 1980. v.62 N1. P.49-57.

115. Datar S.B. Investigation of feed effects in tool life test with radioactive tools / S.B. Datar, R. Chawla // Wear, 1979. N56. P.341-349.

116. Kinnander A. Machining Reliability in NC-Turhing / A. Kinnander, G. Sohlenins // Annals of the CIRP, 1979. v.28. N1. P. 263-265.

117. Konig W. Forschritte bei pulvermetallurgischen und keramischen Schneidschtoffen / W. Konig, D. Zung, F. Bong // Fachber. Metalbearb, 1986. №11/12. S. 524-529.

118. Lee L.C. A Study of Noise Emission for Tool Failure Prediction / L.C. Lee // Int. J. Mach. Res., 1986. v.26. N2. P.205-206.

119. MACH 88 // Metalwork. Prod, 1988. №5. P. 101, 115.

120. Micheletti G.F. In process tool wear sensors for cutting operation / G.F. Micheletti, W. Koenig, H.R. Victor // Annals of the CIRP, 1976. v.25 P. 483-496.

121. Moriwaki T. Seinsing and Prediction of Cutting Tool Failure / T. Moriwaki // Bull. Jap. Soc. Precis. Eng., 1984. v.18. N2. P. 90-96.

122. New carbide tools on shaw at EMO (Milan) // Inf. J. Refract, and Hard Metals, 1987. №4. P. 180-183.

123. Pastor H. Present status and development of tools materials. Pt 1: Cutting tools / H. Pastor // Inf. J. Refract, and Hard Metals, 1987. №4. P. 196-209.

124. Patent №19733517 (Al) DE, MKH C23C14/02. Physical plasma process for treating metal surfaces / Lierat F. and others, 1999.

125. Posti E. Coating tichness effects on the life of titanium nitride PVD coated tools / E. Posti, I. Niemenen // Mater, and Manuf. Process, 1989. №2. P. 239-252.

126. Posti E. Influence of coating thickness on the life of TiN-coating high speed steel cutting tools / E. Posti, I. Niemenen // Wear, 1989. v. 129. №2. P. 243-283.

127. Scherbarth S. Moderne Schneidstoffe und Werkzeunge-Wege zur gesteigerten Produktivität / S. Scherbarth // Sandvik Coromant Gmbh. 7. Schmalkalder Werkzeugtagung, 2005.

128. Suchil K. Birla Sensors for adaptive control and machine diagnostics / Suchil K. Birla // Technology of machine tools, 1980. v.10. №4. P. 7.12-1.-7.12-70.

129. Определение начальных параметров

130. Обрабатываемый материал: сталь конструкционная среднеуглеродистая хромоникельмолибденовая Предел прочности материала: а := 696 Мпа Предел текучести материала: а! := 559.17 Мпа Относительное сужение образца: у := 0.35

131. Инструментальный материал: твердый сплав титановольфрамокобальтовой группы

132. Пределы варьирования переднего угла: у := о. 101. Утт01рад1. Утах:= 10

133. Термоэлектродвижущая сила (термоЭДС)пробного прохода для оценки свойств Эрг:= 16 мВконтактируемых пар и условий резания:

134. Глубина резания: 1 := 0.5. 'тт := .3 0.5гпах := 3

135. Подача резания: в := 0.1 .0.81. S • •= ш1п • 0.1ц ■= гпах • 0.8

136. Скорость резания: У:= 50 .2001. V • •= тт • 501. V гпах = 200

137. Определение массивов элементов

138. Определение шагов итераций элементов:

139. Определение единичных векторов:

140. Создание массива для диапазона изменения подачи:

141. Создание массива для диапазона изменения скорости резания:

142. Создание массива для диапазона изменения глубины резания:

143. Создание массива для диапазона изменения переднего угла:1. N := 30 раз1 := 0.Ы0. Nк := О.И б := 0. Nj Пип ' х, V 'гпах 'тт1. V ■= V • + — -(УV1тт+1Ч|'('тах 'тш,1. ТЕ : Тт1п + ^"(^тах ^тт)

144. Расчет коэффициента усадки стружки1. Усадка стружки0.0625-Эрг)0.280.56-зт(у(1ев) + (о.Ю2 0.085-51п(у^её)) (|п(1-50'45-У0'9) + 0.1з) Расчет сил резания

145. Осевая составляющая силы резания

146. Рх := 9.8-(360 + У-ЭргИ1^0"5-V" 0-4

147. Радиальная составляющая силы резания

148. Ру:= 9.8-(300 + 10-Эрг)-1°'9 5°'6 V" 03 Суммарная сила резания12 21. Рху:= у Рх + Ру

149. Главная составляющая сила резания

150. Рг := 9,8-(320 + З.З-Эрг)-!1^0,75-V" °'15 Результирующая сила резания1. Ягху:= ■/2 2 ( Рг + Рху1. Сила давления1. N1:= 1.66оМ5К Сила трения0.611. Р1 :=1 1ап1. Г Гcos(y^deg)

151. К^, Б, V, у) 5т(у-скё)) с1е8 1 У2 2 +N11. Сила трения

152. Р2:= Рг N1 •cos(y•deg) - Р1-втСу^ед) Сила давления

153. N2:= №-Бт(у-ёе§) Р1-со8(у-<1е£) + Рху Результирующая сила 1*2:=>/р22 + К22

154. Определение фаски износа на задней грани резцаи\гп :=~ л 2"1. N2- (1 1.7-х)/)- 0.25 + Ииг;.0522 а-1

155. Определение процента погрешности при расчетах Я1 + Я21. Д:=-¿100Я

156. Создание матрицы для построения графика процента погрешности:

157. А1К,1:= А(гк,8.,У0,Уо) Л2к,р= А(1к,8.,У.0>уо) ДЗК>;:= Л^З.,У30,Уо)1. Л1,Л2,АЗ1. Определение к1. N2к:=1. N1

158. Определение периода стойкости режущего инструмента через1. К-43914.511. НА ИЗОБРЕТЕНИЕ2397476

159. Приоритет изобретения 27 мая 2009 г.

160. Автор(ы). Иващенко Александр Петрович (Я11), Белов Александр Владимирович (Яи), Неумоина Наталья Георгиевна (Я11)1. Р€>€€1ИЙ€ЖАШ ФВДИРАПЩЖ1. РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ19)1. RU51. МПК1. G01N 19Ю2 (2006.01)13)1. С1

161. ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ, ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ•2)ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ21., (22) Заявка: 2009120178/28, 27.05.2009

162. Дата начала отсчета срока действия патента: 27.05.2009

163. Опубликовано: 20.08.2010 Бюл. № 23

164. Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1Ш 77972 Ш, 10.07.2004. СК 101021466 А, 22.08.2007. ви 381967 А1, 22.05.1973.1. Адрес для переписки:400131, г.Волгоград, пр. Ленина, 28, отдел интеллектуальной собственности ВолгГТУ72. Автор(ы):

165. Иващенко Александр Петрович (1Ш), Белов Александр Владимирович (1Ш). Неумоина Наталья Георгиевна (1Ш)

166. Патентообладатель(и): Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) (ЦЦ)

167. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛ ТРЕНИЯ И ДЛИН КОНТАКТОВ ПРИ РЕЗАНИИ МАТЕРИАЛОВ57. Реферат: