автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Научные основы получения стальных фиброэлементов резанием

с*:

¿о «СГ

I—

см

на правах рукописи

КОРОТКИХ МИХАИЛ тамОФЕЕВИЧ

УЖ 621.91.01

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ СТАЛЬНЫХ ФИБРОЭЛЕМЕНТОВ РЕЗАНИЕМ

Специальность 05.03.01 - Процессы механической и Физико-

технической обработки: станки и инструмент.

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург 1997

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном техническом университете.

Научный консультант: доктор технических наук, профессор М. А. Шатерин

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор В. Л. Вейц доктор технических наук, профессор Е. А. воробьев доктор технических наук, профессор В.И.Пеиюв

Ведущая организация - Институт проблем машиноведения РАН.

защита состоится "22." апреля1337 г- в {(Зчаеов на заседании диссертационного совета Л 063.38.16 в Санкт-Петербургском государственном техническом университете по адресу: 195251, Санкт-Петербург , Политехническая ул.»дом 29, 1-й учебный корпус, ауд. 41.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного технического университета.

Автореферат разослан "Г/" МДр'Га 1937г.

Ученый секретарь диссертационного совета, д. т. н., проф.

И. А. Сенчило

ОБШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Задача поиска высокопроизводительных способов изготовления отрезков стальных волокон связана с развитием применения композиционных материалов в строительной индустрии, где масштаб их использования требует создания специальной отрасли массового производства такого вида упрочнителя.

Одним из перспективных строительных материалов, производство которого постоянно расширяется, является сталефибробетон ССФБ?. Прочностные и технологические свойства СФ5 превышают свойства железобетона и могут быть изменены в широких пределах, что определяет перспективность его широкого использования в дорожси. аэродромном и тоннельном строительстве, создании ирригационных сооружений, строительстве гидростанций и фортификационных сооружений, при устройстве хранилищ и могильников радиоактивных и ядовитых отходов, при эксплуатации дорог, мостов, тоннелей и других объектов.

Поэтому, еще з 1971г. Госстроем СССР была выдвинута проблема 0.55.16.034 по массовому использованию стальных армирующих Фиб-розлементов САФЭ) в строительстве и определен возможный потенциал использования СФБ в объеме до 4 млн. тонн в год.

Несмотря на имеющееся достаточное научно-методическое обеспечение в области расчета конструкций из СФ5, внедрение его в строительстве сдерживается из-за отсутствия разработанных и научна обоснованных высокоэффективных способов получения стапьнж Фибр с наперед заданными свойствами, что препятствует организации их массового промышленного выпуска, в то же время отечественный и зарубежный опыт свидетельствует, что перспективным способом производства стальных фиЗрозлэментов является получение их фрезерованием, которое, по сравнению с существующими альтернативными способами получения АФЭ из проволоки или тонкого стального листа, позволяет отказаться от многих стадий металлургического передела. Однако, те:-:чологические возможности фрезерования для получения АФЭ не определены, а номенклатура таких элементов весьма ограничена.

При получении афэ резанием, полезным продуктом является стружка определенного вида, параметры качества которой должны удовлетворять требованиям, предъявляемым к упрочнмтелю композиционного материала. В связи с этим, анализ физических закон оме о-

ностей процессов резания, определяпцих свойства фиброзлементов и производительность процессов их получения, поиск и разработка высокоэффективных и обладающих широкими технологическими возможностями способов резания, пригодных для получения перспективных типов лае, является актуальной научной проблемой.

тей процессов прерывистого резания, определявших возможность высокоэффективного промышленного получения стальных армирующих фиброзлементов заданного качества.

Мртппы игслелования.

Работа выполнена с использованием фундаментальных положений теории резания металлов, динамики движения твердых тел, волновой теории удара, теории колебаний, теории упругости и материаловедения. Экспериментальное изучение отдельных процессов производилось с применением оригинальных методик, современной аппаратуры, специальных измерительных преобразователей и цифровых спектроанализаторов. Исследование построенных математических моделей осуществлялось численными методами с использованием современных ЭЗМ. Теоретические положения работы подтверждены достоверными данными, полученными в лабораторных и промышленных условиях.

- теоретико-экспериментальном обосновании выбора способа и условия его реализации для получения резанием ДФЭ в зависимости от их конструктивных параметров:

- модели формообразования стружки в условиях прерывистого резания.позволяющей управлять формой получаемых АФЗ:

- теоретическом и экспериментальном обосновании способа уменьшения вариации прочностных свойств АФЭ, получаемых фрезерованием;

- математической модели принципиально нового способа получения АФЭ точением при интенсивных автоколебаниях резца с разрывом контакта его с заготовкой на каждом периоде колебаний:

- результатах теоретико-экспериментального исследования ударного нагружения режущего инструмента в условиях прерывистого резания, позволивших на базе волновой теории удара обосновать способ демпфирования действующих нагрузок.

На задиту вшосядся;.

- научные основы теории получения стальных АФЭ резелием, позволявшие выбира ъ рациональный способ и регамы их получения:

является установление физических закономернос-

г-остпит в:

- разработанные модели: процесса получения АФЭ точением при интенсивных автоколебаниях инструмента, ударных процессов при прерывистом резании и конструкционного демпфирования ударных нагрузок, формообразования стружки в условиях прерывистого резания:

- результаты теопетико-зкспешкенталъных исследований, опиэ--деляпцие выбор рациональных конструкций инструмента и оборудования для производства АФЭ резанием.

Практическая ценность работа заключается в:

- предложенных новых типах армирувдих элементов СФБ, получаемых резанием, а также алгоритмах и программах расчета, позволяющих определять условия Формирования требуемых АФЭ:

- разработанных конструкциях адаптирувдихся Фрез и фрез с конструкционным демпфированием ударных нагрузок, успенко применяемых как при получении афз резанием, так и при обработке заготовок в машиностроении:

- новом способе получения АФЭ точением, обеспечитти-л высокую производительность при широких технологических возможностях и

. методике расчета резцов для реализации способа:

- разработанных технологических рекомендациях по получению конкретных видов ЛФЗ и техническом проекте специального оборудования для высокопроизводительного получения АФЭ резанием.

реализация паботм. Результаты исследований позволили организовать на заводах АО "железобетон" опытно-промыменное производство стагеФибробетонных изделия с экономическим зтгектом 40000руб/м3. При этом снижение стоимости АФЭ по сравнению с ранее изготовляемыми из проволоки достигает 750000руб на тонну производимых фиброэлементов Сз ценах 1Э9бг).

на основе полученных данных разработан технический проект принципиально нового комплекса по производству армирующих элементов с площадью поперечного сечения 0,3мм2, оскозу которого составляет каруселъно-фрезерный станок производительности) 1200кг/час.

На заводах Метрс сттюя г. Санкт-Петербурга изготовлены тюбинги, выполненные из СФБ. армированного шиброэлементачи предложенной конструкции с пат. РФ N16790061, которые успешно прошли лабораторные испытания, и изготовлена партия тюбингов для экспериментального участка тоннеля. Экономический анализ заказчика показал, что внедрение стапефибробетонных изделий при строительстве тоннеля метрополитена может обеспечить сокращение затрат на 15-20%.

- б -

Изделия из СФБ со специальными АЗЭ малого поперечного сечения испытаны и'признаны перспективными для применения в горнодо-быващей отрасли.

Отдельные результаты работы исг.сльзуются в учебном процессе кафедры технологии конструкционных материалов СПбПУ.

Апппблния работа, Основные положения и результаты работы докладывались на научно-технических конференциях: "Повышение эСн Фектизности использования режущего инструмента и качества поверхности" СКуйбылев, 1587г): "Международной конференции в области бетона и железобетона" С Москва. 1991г): "Прогрессивные строительные материалы я изделия на основе использования природного и техногенного сырья" С Санкт-Петербург, 1992ГЭ: "Современные достижения в механообрабатыващем и сборочном производстве" (Санкт-Пе-чербург, 1993Г): "Наукоемкие технологии в машиностроении и приборостроении" СГ-нбинск, 1994Г): "Технология-94" с Санкт-Петербург, 1994г): "Инновационные наукоемкие технологии для России" С Санкт-Петербург, 1995г): "Перспективные технологические процессы обработки материалов" С Санкт-Петербург, 1995гз:

публикации, Основные положения диссертации опубликованы в 24 работах. 9 из которых являются авторскими свидетельствами на изобретения.

Структура и пбьрм пябптн. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на.(#страницах машинописного текста, содершт.|Ь.Ц рисунка,. Д таблицы, список литературы, вклю-чагашй наименования, б-. приложений.

СОДЕРЖАЩЕЕ РАБОТЫ

1-Анадмч гпгтпянид пглЯлрмы ппкучрния гтяпт-.нну__СгибШЗЛ5МКН"

тпв. Цель и гздпдии иггпрппийиия

Из практики применения конструкций из СФ5 и исследований известны существенные преимущества этого материала по сравнению с железобетоном, при этом свойства СФБ существенно зависят от свойств упрсчнителя САФЭЭ и его относительного количества, кото-рее по объему может составлять от 12 до 10%. Поэтому потребность в стасънвдс АС9, обусловленная масштабами производства строительна злрмектов и объектов, достигает десятков и сотен тысяч тонн.

Интенсивное применение СЗБ за рубежом началось в конце 70-х -чачалё (30-х годов. В качеств? загс'СЕОК пля производства АФЭ. на

первом этапе, наиболее широко использовались проволока и тонкий лист, перерабатываемые рубкой и соответствующим профилированием. Такая технология получения ЛФЗ требует применения многоступенчатого металлургического передела и связана со значительными затратами трудовых и энергетических ресурсов.

Необходимые масштабы производства афз определили поиск нозьж спссобов производительного их получения. Имещиеся е литературе данные показывают, что изготовление афэ фрезерованием моч-ят существенно снизить себестоимость продукта. Проведенный нами анализ энергозатрат при получении афэ на всех стадиях металлургичпе--кого передела и обработки показывает, что при изготовлении афз резанием суммарное потребление энергии значительно менше. чек при производстве их из проволоки или листа.

Надо отметить, что первые попытки использования фрпэтягоп стружки в качестве упрочнителя бетона предпринимались в СССР в ЗО-х годах, однако дальнейшего развитая они не получили.

Японская Фирма "Аида" в 70-х годах запатентовала во многих странах, в тем числе в СССР, АФЭ в виде стру:;<ки игольчатой Нормы, получаемой цилиндрическим Фрезерованием. Фирма осуществила и выпуск специального оборудования для производства АФЭ фрезерованием, на котором могут производится АФЭ лишь узкой номенклатуры: длиной З0-40мм и площадью поперечного сечения о, з-1ммя.

Анализ существующих в настоящее время патентов и литературных источников показывает, что спектр требований к АФЭ, как к обьекту производства, выдвигаемых разработчиками стосительньк материалов и проектировщиками строительных конструкций, чрезвычайно широк. Так, оптимальная длина, в зависимости от условий армирования» колеблется от 2 до 100мм. а плошздь поперечного сечения- о г 0,01 до 1мм£. При этом Форма АФЭ может быть чрезвычайно разнообразна и характеризуется отношением площади поперечного сечения к размеру поверхности, достаточной открытостью профиля для контакта,с бетонной матрицей, а также макроструктурой поверхности, обеспечивающей надежь/ю заделку АФЭ в матрице.

Если' при изготовлении АФЭ иэ проеолоки или листа получение той или иной конфигурации элементов вешается достаточно просто, то вопрос о форме образущейся стружи, в .условиях существенно переменного сечения среза, остается открытым, так как имешиеся результаты исследований в этой области не позволят- построить адекватную модель формообразования стружки. Завивание же послед-

ней, в ряде случаев, ухудшает условия контакта АФЭ с бетонной матрицей, что снижает прочность СФБ.

Анализ патентов, определяющих форму продольного профилирования АФЭ. показал, что все они предусматривают получение АФЭ фасонными фрезами, профилированными по задней поверхности. Однако, в условиях фрезерования, форма образующейся стружки не определяется однозначно профилем задней поверхности лезвия. Предпринятые нами, по заданию строительных- организаций, поисковые эксперименты показали, что форма продольного сечения АФЭ определяется профилем передней поверхности лезвия фрез и переменными условиями стружкообразования вдоль режущей кромки зуба инструмента.

Весьма важно обеспечить и требуемую вариацию размерных параметров АФЭ, которая, как показано в работах, посвященных исследованию свойств сфб. определяет вариацию прочности отдельных волокон и эффективность их использования в композиционном материале. В то же время, обеспечение размерной однородности афэ, получаемых Фрезерованием многозубым режущим инструментом, представляет значительные трудности.

Практические попытки изготовления цилиндрическим фрезероват • нием АФЭ с площадью поперечного сечения менее о, 1мм2 показали, что вариация площади поперечного сечения элементов в этом случае резко увеличивается, и может происходить разделение их по длине.

Изложенное потребовало выяснения технологических возможностей Фрезерования как метода получения АФЭ и поиска альтернативных процессов получения АФЭ резанием, обладающих более широкими технологическими возможностями. В то же время, следует отметить, что все исследования, посвященные проблеме изготовления стальных АФЭ другими методами, носят частный характер и не вскрывают вопросов взаимосвязи технологического метода получения амбры с ее Формой, размерами, вариацией этих параметров, эксплуатационными характеристиками и экономическими затратами.

Поэтому, основной проблемой исследований, выполненных в настоящей работе, является установление Физических закономерностей прерывистого резания, определяющих формирование армирующих Фиб-роэлементов, для определения условий получения их оптимальных па, рзметров и разработки высокопроизводительных процессов.

Для решения указанной проблемы было необходимо решить следующие основные задачи:

1. Провести теоретико-экспериментальный анализ технологичес-

ких возможностей способов получения АФЭ резанием, научно обосновав условия получения продукта, отвечающего широкому диапазону требований, предъявляемых разработчиками композиционных строительных материалов.

2. Разработать теоретические основы формообразования АФЭ резанием, а также соответствующие математические модели и программы, позволяющие выбирать управляющие параметры процессов в условиях ограничений, определяемых требуемым качеством получаемых АФЭ.

3.Создать теоретические и технологические основы высокопроизводительных процессов получения АФЭ, обладащих минимальной себестоимостью.

4. Выявить специфику работы режущего инструмента для изготовления АФЭ и разработать рациональные конструкции инструмента, обеспечивающие высокую производительность процесса. '

5.Установить требования к металлорежущему оборудованию для производства АФЭ. создав базу для его рационального выбора или проектирования.

Условия получения АФЭ требуемой Формы при значительной, по сравнению с поперечными размерами, длине, "сохранения сплошности материала вдоль протяженного размера обусловили.применение схемы цилиндрического фрезерования при относительно малой глубине резания. Площадь поперечного сечения АФЭ, производимых по такой схеме,. теоретически может быть любой и пропорциональна глубине резания и подаче на зуб. Однако, нами установлено, что эта величина ограничена снизу допустимой толщиной срезаемого слоя, ибо, неравномерное округление режущих кромок инструмента ся>0,01мм) и микровыкрашивания С>0,01мм) в процессе работы приводят, при слишком тонких сечениях среза, к разделении АФЭ по длине. Поэтому получение фрезерованием качественных АФЭ заданной длины, с поперечным сечением менее 0,03мм2, даже при применении Фрез малого диаметра С<50мм) С рис. 1), практически невозможно.

Получаемая вариация площади поперечного сечения АФЭ определяется пси фрезеровании биением зубьев Фрезы, которое, даже при специальных приемах заточки инструмента, не может быть полностью устранено.

Рис. 1. ограничения параметров фрезерования при получении АФЭ с различной площадью поперечного сечения СРв) в зависимости от диаметра Фрезы.

АЧ 0,3 0.2 01

1-Рз=0,01мм*: 2-Рз-С, 02мм'^: з-Еэ=о, озмм^: 4-Рз*о, 04мм*: -- области допустимых значе-

ний при диаметрах фрез: 5-ОФсМОмм, 6-0фр=80мм,

0,02 0,04 0,06 ВДЗ цГТг 7-°®^1£0мм- 8-ПИ> 160мм.

Поэтому при тонких срезах резко возрастает коэффициент вариации площади поперечного сечения элементов, являющийся важнейшим показателем качества АФЭ. так как определяет эффективность их использования в сс>б. в то же время, больаое биение зубьев фрезы может резко снизить и эффективность самого технологического процесса, определяя работу лишь некоторых зубьев инструмента, при соответствующем уменьшении количества получаемых элементов. Кардинальным способом уменьшения вариации площади поперечного сечения АФЗ било бы применение однозубых фрез. Однако, ппи этом, для получения достаточной производительности, необходимо применять очэнъ широкие наборы фрез, что возможно только при использовании специального оборудования.

Альтернативным способом повышения качеслва продукта является применение специального, предложенного нами цля получения АФЭ фрезерованием, адаптирующегося инструмента с а. с. 1763106, 1553291). Принцип действия таких фрез С рис. 2 ) основан на кратковременности контакта зуба и заготовки при получении АФЭ. Резание каждым зубом таких фрез сопровождается малым радиальным перемещением зуба пол действием радиальной составляющей силы резания. Связь зубьев фрезы через замкнутую полссть, заполненную вязкой жидкостью, обеспечивает выравнивание положения режущих кромок относительно общего центра вращения.

Перемещение зуба е ргзкапьном направлении лу за время контакта с заготовкой может быть определено интегрированием уравне-

ния: ü2y ' civ

--*m + h' *--+ 5 Fi + Fu - Pn.

¡dt2 dt

Cl)

где m - масса зуба , 2 Fi - сумма сил, определяема условиями закрепления зуба. Fit - центробежная сила, h'- приведенный коэффициент вязкого сопротивления движению зуба , Рг - радиальная составляющая силы резания.

Рис.2. Принципиальная конструкция Cal и изменение среднеквадратичного отклонения радиусоЕ расположения режущих кромок зубьев адаптирующихся фрез С б) в зависимости от продолжительности работа С--расч.,— эксп.).

При перемещении работающего зуба на величину лу остальные, не находящиеся в контакте с заготовкой, будут выдвигаться вязкой средой, располагающейся з замкнутой полости, на эеличину:

Расчетный анализ работа таких фрез проводился при задании начального случайного положения режущих кромок фрезы и определении их положений noce каждого рабочего попорота.

Реальнш конструкции Фрез позволяют за счет регулирования размеров сечений каналоз, определяющих перераспределение вязкой жидкости, в широких пределах изменять приведенный коэффициент вязкого сопротивления. Эксперименты и имитационное моделирование работы адаптирующихся фрез показали Срис.2\ что биение их зубьев южет быть уменьшено до О, С1мм, а время адаптации не превышает 1 мин. При этом коэффициент вариации площади поперечного сечан/л

ûVi » ûy/C2-1D

(2)

ЛФЗ. получаемы)! наборами адаптирующихся фрез, даже при поперечном сечении менее 0,1мм2, не превышает 20%. Однако, получение более тонких АФЭ фрезерованием затруднено из-за увеличения • вариации площади поперечного сечения и разделения элементов по длине, вследствие износа и округления режущих кромок.

9 9 пл пуцрнир аот тпмрнирм

Выявленные в г\э5оте принципиальные недостатки фрезерования, при использовании его для получения АФЭ, потребовали разработки иного технологического метода, лишенного указанных изъянов. Это привело к исследованию токарного процесса, при котором резец теряет контакт с заготовкой на каждом периоде интенсивных автоколебаний, за счет чего происходит разделение стружки на отдельные элементы.

О возможности возникновения таких автоколебаний упоминалось в работах А. П. Соколовского, Д.Н.Решетова и других ученых, однако, зтот случая всегда рассматривался как аварийный, связанный с раэ-рушзнием инструмента или недопустимым изменением качества обработанной поверхности.

Эксперименты показали, что развитие таких колебаний происходит при определенном соотношении режимов резания и параметров дипжапки резца, обеспечиваших перемещение режущей кромки при прогибе державки под углом к плоскости резания.

Для более детального изучения указанных колебаний была рассмотрена модель' движения лезвия резца как упругого звена системы с одной степенью свободы. Модель предусматривала отделение АФЭ в результате развития трех стадий взаимодействия инструмента с за-готоекой: первоначального пластического смятия, пластических деформаций в зоне стружксобразования и последующего срезания образовавшейся стружки. На стадии первоначального пластического смятия сила взаимодействия заготовки и инструмента определялась по твердости материала заготовки, а при соответствующих условиях на передней поверхности и в зоне деформации - на основе модели зоны стружкообразования с единственной плоскостью сдвига.

Параметры движения режущей кромки резца определялись численным решением уравнения:-

a*Zr dZr

----« ш + h »•--+ к •< Zr + Ft "О, (3)

dt.2 at.

Пои выполнении условия f«tap > S*sin<P С рис. 3) колебания резца сопровождается потерей контакта режущей кромки с заготовкой и РоО.

В условиях контакта режущей кромки с гладкой поверхностьв резания при начальном развитии колебаний, в условиях смятия, при Vr«cosp <Vs

Рс » -Zr * sinp / sina * HB * 1 « cosCa + p), С43

при Vr»-cosp > Vs

Pc = -Zr * sinp « KB » 1 * cos p, С5)

а ПРИ Vr*cosp - Vs

Pc - -Zr * sinp * HB * 1 и Ccos p -K-osCa+flD/sinoO, (63

где HB - твердость материала заготовки: a - задний угол инструмента: с £5=05:

При контасте инструмента и заготовки проверка возможности образования стружки производилась на каждом шаге расчета с нахождением угла сдвига, определяемого по минимуму потребной знергии деформации. В этом случае сила, действующая на резец СРсЗ, определялась из анализа схемы стружкообразовакия.

Разработанная модель отражает нелинейную зависимость силы. действующей на инструмент, от толщины срезармогп слоя и млпг.хпт-ров относительного движения инструмента и заготовки.

Предложенная численная модель возникновения интенсивных колебаний с отрывом инструмента от заготовки отражает известные концепции о развитии автоколебаний при резании металлов, разработанные в трудах А. П. Соколовского, л. С. Мурашккна и других ученых.

Анализ расчетных Пазовых портретов движения лезвия позволил установить параметры системы, обеспечивающие развитие и поддержание таких колебаний. Причем, экспериментально подтверждено, что при работе по следу возникает азтофазировка колебаний инструмента и волновой поверхности резания, что обеспечивает получение одинаковых по размерам и форме стружек С рис. 33.

В этом случае, как показали эксперименты и моделирование движения режущей кроеси при работа "по следу" , колебания поддерживаются в более широком диапазоне условий, поэтому выбор параметров процесса следует производить из условий возбуждения колебаний в начальный период взаимодействия режущей кромки с гладкой поверхностью резания С4...63. .

Рис. 3. Схема движения режущей кромки резца при работе по следу на поверхности резания при автоколебаниях с стргаом инструмента о г заготовки.

Теоретически и экспериментально было установлено, что реализация процесса получения АФЭ точением должна производится при взаимной увязке всех технологических режимов и конструктивных параметров инструмента которые в свою очередь определятся заданными размерами получаемых АФЭ. Объемная производительность процесса мо:кет бшъ найдена из выражения:

&ч>*РЗ«1з. С 7)

где Рэ и 1з - площадь поперечного сечения и длиьа получаемых элементов. а доститамая, с учетом установленных ограничений, частота колебаний резца С \>) может быть определена:

2->[ ви]

- 0,161й »---. с 8)

3*Г* Ср»«ЕЭс.Б

где [шиЗ-допустимое напряжение державки резца при изгибе. Г- требуемый го условиям получения элемента прогиб державки

>-5»с1п,й), р. Е - плотность и модуль упругости державки

реэцз.

Достигнутая на практике1 частота колебание резца при получе-нми АФЭ преаышгкг 0-^Гц и теори-тич^ски может быть уг-еличьна за

счет изготовления державки резца из высокопрочных легких сплавов.

Теоретически и экспериментально установлено, что процесс вибрационного точения может быть реализован для широкого диапазона размеров АФЭ с обеспечением достаточно высокой производительности Сшс.4), даже для элементов с малой площадью поперечного сечения С<0,1мм~>.

С. зов

гоо

(00

•3 '2

[00 200 300 100 [¿и]н/нмг

Рис.4. Зависимость расчетной производительности получения АФЭ точением от прочности материала державки резца. СРя=0,08мм2, 1э=?0мм) 1-сталь, 2-титановый сплав, 3-алшин'иевый сплап.

При получении АФЭ резанием предъявляемые к ним требования вызывает' необходимость управления не только площадью, но и Формой поперечного сечения сбразунцихся стружек.

Следует отметить, что в настоящее время б литературе отсутствуют какие-либо сведения о возможности определения формы АФЭ без проведения экспериментов, что сдерживает развитие композиционных строительных материалов сода.

В работе показано, что схема получения АФЭ, как фрезерованием, так и точением, мохно свести к обобщенной схеме срезания металла. характеризующейся последовательным увеличением толщины среза до определенного предела и уменьшением до нулевого значения по закону, зависшему от геометрии поверхности резания и кинематики процесса. При столь нестационарных условиях резания необходимо рассматривать процесс стружкообразования в последовательности его развитие. При этом Форма поперечного сечения отделяемого элемента будет определяться Формой заготовки и инструмента. их взаимной кинемглякой и условиями пластического деформирования металла, которые , естественно, будут зависеть также от

свойств материала заготовки и трибологических характеристик пары заготовка - инструмент.

Процесс образования АФЭ, как уже отмечалось, характеризуется последовательностью переходящих друг в друга стадий смятия, образования стружки и ее "срезания". Задача построения модели Формообразования АФЭ при резании была сведена к установлению управляющих параметров всех указанных стадий, условий перехода одной из них в другую и определении связей первичных параметров с выходными параметрами формы АФЭ. При этом удалось организовать расчет текущего состояния зоны резания по дискретным шагам изменения первичных кинематических параметров с припасовкой определяемых условий на границах зон деформаций, контактных поверхностях и очагах интенсивных деформаций.

При моделировании условий первой стадии процесса формообразования, связанной с первоначальным внедрением лезвия, до формирования зоны резания, в качестве управляющего параметра процесса, кроме кинематики, принята динамическая твердость заготовки, определяемая по методу Мартелл при скоростях, соизмеримых со скоростями резания.

так как при получении АФЭ толщина среза на 2-3 порядка меньше его ширины, при выборе модели стружкообразования была принята схема свободного резания, а зона деформации считалась плоской. принятая для описания стадии образования стружки модель с единственной плоскостью сдвига оказалась достаточно адекватной, вследствие высоких скоростей резания при получении АФЭ. При пере-• менных условиях, складывающихся на передней поверхности и плоскости сдвига, при их взаимообусловленности, угол сдвига определялся на каждом шаге расчета при минимизации энергии, потребной для стружкообразования, исходя из сложившихся условий на передней поверхности лезвия, кинематических условий, а также геометрических параметров режущего клина и поверхности резания.

при совпадении направления плоскости сдвига с направлением движения режущей кромки относительно заготовки происходит сдвиг всего, сохранящего свою Форму, выступа на поверхности заготовки, что позволило при моделировании процесса выделить этот период в отдельную стадию "срезания". Такая стадия характерна для периода, 'непосредственно предшествующего выходу лезвия из контакта с заготовкой. Управляацими пасамс'ТГ ми процесса Формообразования стружки, в условиях пергченного сечения срезагмого слоя, принимались

\

свойства материала заготовки и средний коэффициент трения на передней поверхности лезвия, задаваемый на основе данных, полученных в работах Н. Н. Зорева, М. и. Клушина, Л. С. Мурашкина и других исследователей.

При получении АФЭ весьма важным является вопрос о радиусе завивания стружи, который оказывает существенное влияние на конструкционные и технологические свойства АФЭ при производстве ста-лефибробетонных изделий. Для определения текущего радиуса завивания стружки, при моделировании процесса формообразования АФЭ, учитывалась, при ряде упрощащих допущений, упругая разгрузка пластической зоны стружкообразования.

Действующие на гранях треугольника ОАВ1 напряжения с рис. 5), достигающие предела текучести при больших степенях пластической деформации, позволяют предположить, что весь обьем материала, ограниченного этой областью, находится в пластическом состоянии. Если упруго - пластические свойства материала схематизировать диаграммой идеального упруго-пластического тела Прандтля, то, с некоторым допущением, можно принять, что упругая составляющая напряжений сжатая в пластической области по направлению У1 постоянна во всей области и равна значении предела текучести материала при скатай. Тогда упругое укорочение выделенной пластической области по 1шравлению VI будет пропорционально расстоянию от свободной поверхности стружки и может быть определено: а1х « 1х*0з/Е, сСХ * <гз и с1/е с 8)

если выделить параллелограмм Олега, с рис.55. можно видеть, что его сторона АО полностью находится в упругой области , а точ-

Рис. 5. схематическое представление зоны резания в моделе стружкозавивания.

ка D практически разгружена по направлению Y1. в то же время, сторона OBI находится в пластаческой области и имеет потенциал упругого расширения после снятия нагрузки на величину л С1. Причем, и по выделенному параллелограмму потенциал упругого расширения его сечений, параллельных передней поверхности инструмента, пропорционален их расстоянию от свободной поверхности стружки, что можно предположить, если принять линию ABl, ограничивающую зону пластики, за прямую. Тогда после разгрузки грани ОА и DB1 повернутся относительно друг друга на некоторый угол с полным снятием напряжений вдоль стружки.

Ввод параметров заготовки и инструмента, параметров движения, пути и шага расчета.

Построение областей заготовки и инструмента. Задание их относительного квазидвижения.

Определение геометрических параметров области возможного пересечения лезвия и заготовки.

Нет

Возможно ли резание?

I_ Уда

Определение игла сдвига по условию минимума энергии стружхообразования

X

Определение длины контакта по передней поверхности.

i =Z=

Длина контакта больше предельной?

»Да

Нет

Определение длины пластического и упругого контакта стрижки и передней поверхности инструмента.

X

Расчет текшего радиуса завивания стружки.

X

Расчет параметров квазидвижения стружки относительно инструмента. Графическое отображение пропесса.

Нет

Пройденный лезвием путь больше заданного?

->"—'Печать параметров Дц сечения.

Рис. б. Блок-с зма программы имитационного моделирования формообразования поперечного сечения афэ."

В модельном представлении был учтен и возможный механизм завивания стружки на плоской передней грани резца в результате снятия упругих нормальных напряжений, оценка величины возможного искривления стружки от этого фактора показала, что влияние данного-механизма, при максимально возможном его проявлении, не превышает 20% по сравнению с влиянием упругой разгрузки зоны упруго-пластических деформаций по направлению У1.

Разработанная программа С блок-схема, рис.63 позволяет строить профиль поперечного сечения образующейся стружки, имитируя движения заготовки, стружки и инструмента. При этом, задавая кинематику процесса, свойства материала заготовки и условный коэффициент трения на передней поверхности лезвия, можно получать вид профиля АФЭ и его расчетные характеристики.

Рис. 7. Влияние технологических параметров на средний радиус ЯзсоС 4,5,6) и угол закручивания с С 1,2,3) поперечного сечения афэ, полученных фрезерованием Са):1,4-5г-1мм/зуб. 2, ь-Бг-о.бмм/зуб, 3. б-5г-0, Змм/зуб: с Т15К6-СТ. 3: У-5, 3м/с: 1-0. 5мм:) и примера расчетных и Фактических профилей поперечного сечения афэ, полученных Осезерованием с б) и точением с в).

Проведенные расчеты и эксперименты показали, что как толщина стружки, так и переменный радиус ее завивания, полученные расчетом, отличаются от опытных данных не более чем на 10%. Отмеченное расхождение справедливо для АФЭ, полученных как точением, так и Фрезерованием С рис. 7).

Аначиз форм поперечного сечения стружек показал, что фрезерованием достаточно затруднительно получение АФЭ открытого профиля, особенно при малой С<0, змм^з его площади поперечного сечения и применении фрез большого диаметра. Уменьшить кривизну профиля АФЭ возможно при использовании твердых сплавов, обладающих повышенным коэффициентом трения, к числу которых относятся сплавы группы вк. к сожалению, не обеспечиващие удовлетворительной стойкости инструмента при высоких скоростях резания.

Другим способом уменьшения кривизны поперечного сечения АФЭ. предложенном в СППУ, является профилирование передней поверхности инструмента, что позволяет получать элементы с анкерными элементами на концах или по всей длине.

4. Особенности силового нагружения инструмента пои получении

АФЭ резанием.

Специфика схемы фрезерования, применяемой при получении АФЭ, определяет необходимость одномоментного врезания режущего лезвия по всей его ширине. Однако, такое фрезерование связано с удашым нагружением зуба инструмента, что не позволяет применять износостойкие, но обладающие пониженной ударной вязкостью инструментальные материалы. Особенно перспективны для процессов массового получения АФЭ, ввиду их низкой стоимости, безвольфрамовые метал-локерамические твердые сплавы.

К сожалению, в работах по резанию металлов, за редким .исключением, отсутствует данные о специфических ударных нагрузках при прерывистом резании. Поэтому в работе были выполнены экспериментальные исследования процесса упруго-пластического удара специального лезвийного индентора о заготовку при скоростях, соот-ветствущих применяемым при резании СО, 5-4м/с). Исследования проводились автором в лаборатории кафедры станкостроения Штутгартского университета при применении спектроанализаторов Фирмы "Та-кеда Рикен" СЯп.позволяющих регистрировать параметры быстро-протекащего процесса удара. В экспериментах применялись специальные малогабаритные со.2x1x2мм) пьезоэлектрические датчики

давления.

Полученные результаты позволили установить, что динамические напряжения в лезвии инструмента могут значительно превышать таковые при квазистатическом его нагружении. Причем, динамические нагрузки возрастают с увеличением скорости врезания и массы инструмента. Время удара н? зависит от скорости сближения тел и определяется их шссой и размерами, а характер изменения напряжений в инструменте при свободном упруго-пластическом ударе имеет ярко выраженный волновой характер.

для снижения контактных нагрузок на инструмент в процессе врезания лезвия был предложен метод конструкционного демпфирования ударных нагрузок, при котором энергия упругих волн в инструменте интенсивно поглощается на поверхностях трения.

Анализ результатов соответствующих экспериментов по конструкционному демпфированию ударных нагрузок показал, что за счет трения элементов конструкции можно существенно снизить динамические напряжения в режущем клине при его врезании, доведя их значение до статических. Возможность переноса полученных на модельной установке данных для реальных условий фрезерования была проверена при применении специальной фрезы, позволяющей имитировать различные условия удара и поведения конструкции при схеме обработки, соответствупдей условиям получения АОЭ. Проведенные эксперименты по измерению динамических нагрузок при фрезеровании, в том числе в условиях конструкционного демпфирования, позволили подтвердить выводы полученные на модельной установке в условиях свободного упруго-пластического удара лезвийного индентоса.

Для более глубокого изучения условий конструкционного демпфирования ударных нагрузок в процессе внедрения режущего клина в заготовку была разработана теоретическая модель, в которой инструмент схематизировался дискретно-линейным одномерным телом, состоящим, в общем случае, из двух тел, связанных дискретными участками через поверхности трения С рис.Ю. Заготовка представлялась плоским полупространством, в котором, в процессе удара, распространяются упругие волны трех видов и волна пластической деформации.

Численное исследование модели производилось методом прогноза-коррекции при интегрировании уравнений движения дискр:т^ых элементов с учетом их взаимосвязи.

Рис.8.Расчетная схема инструмента и заготовки при моделировании ударных процессов врезания.

для элементов первого тела: сюз

II Р + Сд*СХ12-Х11Э - М11*а11.

II С1г. + а1.1-1«СХ1-1-Х1) - М11*а11. 1<1<к

II СП.1-И.*СХП-*1-Х11Э + С11.1-1«СХ1-1-Х13 + Ргр*5£!пСУ21-УЮ -II - М11*а11. к<1<1

II С1.1-ШСХ1-1-ХП + Ргр1 «гйпС13 « М11*а11.

Для элементов второго тела: СИЗ

II С2кч-1. к-1-2*С Х2к^2-Х2к+1) - Р-гр^ШК У2к+1-У1к+1) -II - М21ма21.

II С21.1^1нСХ21^1-Х21) + С21.1-1-СХ21-1-Х21) -

II - Ртрх *5СпС У21-У11) » М21«а21, к+1<Ш

II С21.1^-1«СХ21^1-Х21) + С21,1-1*СХ21-1-Х2д.Э =

II » М21«а21. 1<1<п

II С21.1-1*СХ,°л-1-Х21Э = М21*а21, 1»п

Реакция полупространства на острие инлентора рассчитывалась по упрощенной аналитической зависимости, построенной на суперпозиции сил динамической и упругой реакций области заготовки, ограниченной фронтом волны сжатия, и силы пластической деформации, определяемой по твердости материала заготовки:

р -

«Т +

Т

2*(?ц*в*е кб г

--+--» в « iу1*с1т , с 12.3

3 1л С а-Т/Й!) 1й Й1 J

О

где у^текущая скорость движения лезвия, в-ширина лезвия. С1-ско-рость волны сжатая в материале заготовки, р, Е, НВ-плотность. модуль упругости и твердость материала заготовки, т- время от начала контакта, Иц- радиус условной области вытеснения материала заготовки внедрящимся лезвием инструмэнта.

Разработанная в соответствии с модельным представлением программа расчета параметров дэижения дискретных элементов тел и силы ударного взаимодействия линейного индентора с заготовкой позволила проводить анализ различных условий удьрчого нагружения лезвия инструмента при врезании и конструкционного демпфирования с рис. эз.

г=1вн08вн и=2.Ви/-с х^в.гвми

Гм»1»= С4В13 Ьг-8.285

Рис. 9. Пример расчета силы удара С1). скоростей элементов пйрвогс (23 и второго гьл С 33 и перемещений глрмоптоз пргшо-го тела С43 в случае сн^дрения в заготовку лг?пгийно1т; индентора с констпукционыл: демпфированием. (

Это позволило автору сделать ряд обобщающих выводов о требуемых параметрах конструкции инструмента и создать на базе данного принципа Фрезы для различных технологических процессов, позволяйте применять хрупкие инструментальные материалы в условиях прерывистой обработки са.с.17бЗЮ5, 1590203). Использование таких Фрез при массовом производстве АФЭ открывает перспективу снижения себестоимости продукции и повышения производительности процесса, благодаря возможности применения более износостойких и относительно дешевых , но достаточно хрупких безвольфрамовых твердых сплавов.

При получении АФЭ точением врезание и выход режущего лезвия из контакта с заготовкой происходят с частотой свыше юоогц. однако, как показали эксперименты и практика получения АФЭ в этих условиях, лезвие резца не разрушается даже при применении таких относительно хрупких инструментальных материалов как Т15КЗ или ТН-20 и увеличении заднего угла до 30-.

Это объясняется тем, что, как было установлено при анализе модели получения АФЭ точением с интенсивными автоколебаниями инструмента, максимальная скорость режущей кромки в процессе колебаний устанавливается соответстаущей скорости резания, и встреча режущего лезвия и поверхности заготовки происходит с малой относительной скоростью. При таких скоростях контакта динамическими эффектами нагружения лезвия мононо пренебречь, в то же время, кинематика движения лезвия относительно заготовки при "отрывных" автоколебаниях определяет его внедрение в направлении, обеспечиванием двустороннее нагружение лезвия со стороны передней и задней поверхностей, что, как показывай' расчеты напряженного состояния лезвия инструмента, выполненные методом конечных элементов, определяет развитие значительных напряжений сжатия в инструментальном материале при отсутствии существенных растягивающих напряжений.

5. технико-экономические параметры технологических процессов

Изготовления АФЭ резанием и их пбпбшрйкая мплель

В рамках технической разработки метода изготовления АФЭ не представляется возможным • затрагивать организационные основы производственного процесса, поэтому, з качестве основных критериев, характеризуют метод производства стальной фибры резанием,

были выбраны те, анализ которых возможен на базе результатов работы, но совокупность которых позволяет строить и англизировать целевые функции оптимизации различных вариантов процессов производства, включая технологическую себестоимость получения АФЭ. К таким обобщенным параметрам были отнесены:

1.Затрата энергии на производство единицы продукции СЭ,Дж/кгЭ.

2. Удельная производительность процесса, под которой подразумевается сьем продукции с единицы производственной площади в единицу времени СП, кгЛР*час).

3.Материальные потоки процесса, к числу которых относится основной поток материалов, который, исходя из критерия безотходное -ти, можно оценить отношением массы материала на входе процесса к массе материала на его выходе с Км. кг/кг) и вспомогательный материальный поток, важнейшая составляющая которого - расход инструментальных материалов на единицу продукции, характеризуемый коэффициентом Ки, кг/кг.

Затраты знрргии на пгэтиэвппгтвп рличины пшпукпии

Расчеты затрзт энергии выполнялись с помощью программы, разработанной на основе модели формообразования АФЭ. получаемых как Фрезерованием, так и точением, они показали резкое увеличение энергетических затрат при получении фрезерованием АФЭ с мапой площадью поперечного сечения, что связано с уменьшением абсолютной толщины срезаемого слоя ч увеличением относительных затрат энергии на работу трения, этим же обстоятельством объясняется увеличение затрат энергии при увеличении диаметра Фрезы, во всем возможном диапазоне изменения параметров продукта и инструмента затраты энергии при получении АФЭ фрезерованием составляют 250-600 &1Ж/КГ. При получении АФЭ точением затраты энергии значительно меньше, чем при Фрезеровании, и даже при уменьшении площади поперечного сечения до 0,01мм4 не превышают 1б0кДж/кг.

разработанная математическая модель производительности процессов позволила выполнить расчеты, которне показывает, что при полном использовании мощности универсальных металлорежущих станков максимально достижимое значение удельной производительности изготовления АФЭ фрезерованием составляет Юкг/м^час. При изготовлении АФЭ точением, как на универсальных токарных станку с высотой центров да 500мм. так и при использовании токдаю - карусельных станков с диаметром планшайбы 1-1, 5м, удельная пгхнзьоди-

Телъностъ может достигать 20кг/м2час. Причем, полная загрузка Универсальных станков по мощности возможна только при значительной суммарной ширине срезаемого слоя, что требует при получении АФЗ точением существенной модернизации оборудования. ' Разработанный совместно с ППКО "Железобетон" технический проект специального станка для массового производства АФЭ предусматривает их получение методом карусельного Фрезерования из литых кольцевых заготовок или из заготовок в виде кольцевых сегментов. При использовании заготовки диаметром 2м с толщиной стенки 300мм удельная производительность изготовления АФЗ может составить 40кг/м2час.

Для массового получения АФЗ точением представляется также целесообразным проектирование и изготовление специального оборудования, анализ возможных схем которого показан, что удельная производительность изготовления АФЭ с площадью поперечного сечения 0.05-0,1мм2 может достигать ЮОкг/м^час.

Материальные потоки процессов получения АНЯ пеманием. Реализация практических схем получения АФЭ фрезерованием и точением показала, что при применении универсального металлорежущего оборудования коэффициент использования материала заготовки превышает 90Х. При использовании же специального оборудования он' может приближаться к 1002

Исследование стойкости инструмента в услозиях получения АФЭ фрезерованием показывает, что коэффициент расхода инструментального материала Ки при использовании твердого сплава Т15К6 находится в пределах 0,006...0,01, а при использовании беэзолъфра-

мовых твердых сплавов существенна ниже С Ки-0,002___0,0043.

особенности нагружения лезвия при точении с интенсивными автоколебаниями определяют развитие характерного зила износа., который происходит как по передней, так и по задней поверхностям лезвия. Развитие лунки износа на передней поверхности приводит к увеличению общей площади адгезионного схватывания и задержке элемента на передней поверхности инструмента при выходе его из контакта с заготовкой. Образующийся следующий элемент приваривается к предыдущему, создавая пакеты, трудноразделимье при смешивании с бетонным раствором. Поэтому, за период стойкости пои получении АФЭ точением следует принимать время до начала обозревания таких пакетов, как показали эксперименты, это время" максимально в случае применения твердого сплава Т1зкб и составляет 30...35мин. при

этом размерный износ пластинки незначителен, а Фаска износа по задней поверхности и глубина лунки на передней поверхности соответственно не превышает 0,2мм и 0.05мм.

Коэффициент расхода инструментального материала при получении ЛФЭ точением зависит от площади поперечного сечения элементов и находится в пределах от 0,00006 С для Рэ=0.1мм2 ) до 0,001 С для Гз=0,01мм2).

Полученные в работе закономерности процессов получения АФЭ резанием относятся к трем группам моделей, состав лявоних обобщенную модель процесса:

1. Модели получения требуемых свойств объекта производства.

1.1.Модель формообразования АФЭ при резании.

1.2. Модель определения вариации площади погеречниго сечения АФЭ при изготоалении их Фгазешванием.

1.3. Модель процесса получения АФЗ точением с интенсивными колебаниями.

Данная группа моделей позволяет прогнозировать свойства продукта при варьировании управляющими параметрами или выбирать значения управлягдих параметров процессов при задании требуемых геометрических и статистических характеристик продукта (АФЭ).

2. Модели эксплуатационных свойств инструмента для реализации технологических процессов.

2.1.Модель адаптирующейся по биению фрезы.

2.2. Модель ударного нагружеми.я лезвия и конструкционного демпфирования инструмента при Фрезрровании.

2.3.Модель нагружения державки резца при получении АФЭ точением с интенсивными отрывными колебаниями лезвия.

Данные модели позволяют производить анализ и выбирать целесообразные параметры конструкции инструмента на стадии проектирования, исходя из заданных параметров объекта производства САФЭ2 и технико-экономических показателей процесса.

3. Модели технико-экономических показателей процессов получения АФЭ резанием.

3.1.Модель энергетической характеристики процессов.

3.2. Модель производительности процессов.

3.3. Модель материальных потоков процессов.

Использование этой группы шделей позволяет на стадии п.оек-тирования процесса определять его будущие техмико-экономические показатели и получать целевые Функции оптимизации мэгчесгои.

Предполагается, что на входе обобщенной модели всегда известны требования, предъявляемые к АФЭ. Это позволяет решать задачу выбора условий реализации и соответствующих управляющих параметров при проектировании технологических процессов и их сравнительной технико-экономической оценке.

Обобщенная модель позволяет также получить ответ и на весьма важный вопрос:' какие свойства АФЭ, какие их виды возможно получить резанием.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

В результате теоретического обобщения выполненных исследований решена -крупная актуальная научная проблема, именшая важное народно-хозяйственное значение и заключавшаяся в обосновании и разработка высокопроизводительных процессов получения стальных армирующих фиброзлементов резанием.

Создана научно-теоретическая база производства АФЭ, позволяющая выбирать рациональный метод их получения резанием и устанавливать управляющие параметры процессов, обеспечивающие формирование АФЭ с заданными свойствами.

Разработан новый процесс изготовления АФЭ точением с интенсивными автоколебаниями инструмента, который обеспечивает возможность получения АФЭ в широком диапазоне размерных параметров.

Предложенная методология проектирования инструмента для производства АФЭ.как Фрезерованием, так и точением позволяет создавать эффективные конструкции, гарантирующие высокую производительность процесса и рациональное использование инструментальных материалов. Способ конструкционного демпфирования ударных нагрузок, действующих при резании, может быть использован при проектировании различных инструментов, применяемых в машиностроении.

созданные модели Формообразования АФЭ резанием позволяют прогнозировать свойства АФЭ и открывает широкие возможности развития исследований и опытно-конструкторских работ при создании новых перспективных сталефибробетоншк изделий.

Предложенные в работе принципы технико-экономического анализа процессов производства АФЭ резанием могут служить основой для выбора высокоэффективных процессов массового производства стальной фибры.

На базе анализа всего комплекса проведенных исследований мож-

но сделать следующие выводы:

1. Процессы резания металлов могут обеспечить получение АФЗ во всем диапазоне требуемых строительной индустрией свойств. При этом, цилиндрическим фрезерованием рационально получать АФЗ, име»?-пше относительно большую С>0, Змм2) площадь поперечного сечения. Предложенный способ точения при интенсивных автоколебаниях инструмента, сопровождающихся его отрывом от заготовки, обеспечивает получение АФЗ. имеющих площадь поперечного сечения от 0,01 до о, змм2. ,

2. Разработанная экспериментально - теоретическая модель процесса формообразования стружки при прерывистом резании позволяет прогнозировать параметры формы АФЗ как при точении, так и при фрезеровании.

• 3.Математическая модель процесса получения АФЗ точением с автрколебаниями позволила установить управляющие параметры • процесса, которыми являются как режимы токарьщ обработки, так и геометрические и физико-механические параметры державки резца. Созданная методика выбора оптимальных параметров резцовой державки позволяет конструировать инструмент, обеспечиващий высокопроизводительное получение АФЭ заданных размеров.

4. при получении АФЗ Фрезерованием врезание лезвия инструмента в заготовку сопровождается интенсивными ударными нагрузками на инструмент, что препятствует, без принятия специальных мер, использованию инструментальных материалов, имещих высокую износостойкость. но не обладающих достаточной ударной' вязкостью. Эффективным средством снижения динамических ударных нагрузок на режущее лезвие при Фрезеровании является конструкционное демпфирование на поверхностях трения, применение которого позволяет создавать широкий спектр инструментов как для применения их в условиях получения АФЭ, так и в машиностроении.

При изготовлении АФЭ точением с интенсивными автоколебаниями резца кинематические особенности процесса обеспечивают "безударное" врезание лезвия инструмента и двустороннее нагружение режущего клина по его передней и задней поверхностям, что позволяет применять в этом случае износостойкие, но достаточно хрупкие инструментальные материалы.

5. Предложенный на основе теоретико-экспериментальных исследований способ уменьшения биения зубьев Фрез в процессе работа позволил разработать конструкции специального инструмента, обес-

печивавдего малый коэффициент вариации площади поперечного сечения относительно тонхих АФЭ, получаемых фрезерованием С<20% при

f3-0.1mm2).

S. При получении АФЭ фрезерованием, Фактором, существенно ухудшающим качество продукта, является завивание стружки. Уменьшение кривизны поперечного сечения АФЭ можно обеспечить:

- за счет профилирования передней поверхности инструмента:

- посредством использования инструментальных материалов, обладающих наибольшим коэффициентом трения стружи по передней поверхности инструмента:

-благодаря применению попутной подачи:

-в результате использования фрез малого диаметра.

7. Разработанные математические модели получения армирующих Фиброэлемантов резанием позволили предложить принципиально новые виды АФЭ С а. с. f-.'N 1646341,1646340,1679008,1617118), обладающие существенными преимуществами при армировании специальных сталефиб-робетснных изделий. Спроектированные на базе проведенных исследований специальный инструмент и оборудование, а также разработанные технологические рекомендации, позволили организовать опытно-промышленное производство АФЭ для ряда перспективных сталеФиб-робетонных изделий С в том числе для тоннельного строительства метрополитена), которые успешно прошли лабораторные и производственные испытания.

основные положения диссертации опубликована в следухщих работах:

1. Коротких М. Т. .Шатерин М.А. Фрезы для плазмекно-механичес-кого Фрезерования. //Машиностроитель, -1984. -N8. -с. 15-16.

2. Шатерин М.А., Коротких М. Т. Применение безвольфрамовых твердых сплавов при плазменно-механическом Фрезеровании, //в сб. "Новые конструкции и агрессивная технология производства инструмента". -М. : КДНТП, 1984.

3. коротких М. т., шатер™ м. А., Орлова к. Д. особенности силового нагружьния зуба фрезы при плазменно-механическом Фрезеровании. деп. в ншмак 05.04.зз, шзмш-дзз.

4. Коротких М. Т., Иванов М. И., Шатерин М. А. Наборы Фрез для обработки кромок под сварку.// Машиностроитель.-1983.-N6,с.27-28.

5. Коротких м. т., Катерин м. А., лэевский Г. Б. Плазменно-меха-ническос Фрезерование труднообрабатываемых материалов. -Л.:

ЛДНТП, 1988. -24С.

е. Коротких М.Т., Шатерик М. А. повышение производительности Фрезерования глубоких полостей.// Б сб."Новые высокопроизводительные конструкции режущего инструмента и оснастки в машиностроении". -J1.: ЛЛКТП, 1990. -С. 20-21.

7.коротких м.т. .Иванов м.и. возможности применения беэ-вольфрамовых твердых сплавов при плазменно-механическсй обработке. //В с.6. "Повышение эффективности применения электрофизических и электрохимических методов обработки материалов". -Л. :ЛДНТП, 1930.

8. коротких мл'.. Нечаев в.п.групповая схема обработки в технологии производства Фибровой арматуры бетона.//Материалы ггз международной конференции в области бетона и железобетона, -м.:Стройиздат, 1991.

З.Нечаев В.П.,Коротких М.Т.Специальные устройства для исследования процесса торцового Фрезерования. /7 Станки и инструмент, -1991г.-N3.-с. 40-41.

10.Лобанов И.А., Пухаренко Ю.В., Коротких М.Т. Новые модификации Фибробетонов.//В сб. "Прогрессивные строительные материалы и изделия на осноез использования природного и техногенного сырья". -СПб.. 1992г. -с.41-42.

11.Коротких М.Т., Шатерин М. А.. Иванов М. И. Адаптирующиеся цилиндрические фрезы.// Тезисы докл.конф."Современные достижения в механообрабатыващем и сборочном производстве", -СПб.: СПИмаш. 1393. -с. 10-11.

12. Шагерин М. А., Коротких М. Т.. Иванов М. И. Демпфирование динамических нагрузок при фрезеровании. // Тезисы доо. к.онФ. "Тех-нология-94", -СПб.: СПИмаш, 1994.-с. 10-21.

13.Коротких М.Т., Шатерин М.А. Исследование процесса ударного нагружения режущей кромки инструмента при прерывистом резании. //В сб. "Перспективные технологические процессы обработки материалов". СПбПУ, 1995. -с. 143-147.

14.Коротких М.Т.,Ыатерич М.А., Иванов М.И. Управление формой армирупцих элементов сталефибробетона. получаемых фрезерованием. //l3 eG. "Инновационный наукоемкие технологии для России". -Ста.: СПбГТУ. 1395. -с. 59.

15. Коротких М.Т.. Шатсрин М.А., Смирнов P.M. Те.хьо.г.сгич.ч;кий процесс получения армирущих элементов сталеФиброЗетгна точгнием с интенсивными колебаниями инструмента.// В сб. ''Инне.завинчу?

наукоемкие технологии для России".-СПб.:СП6ГТУ,1995.-с. 56.

16.А. с. 1738498 СССР, МКИ В23С 5/08. Трехсторонняя фреза для получения элементов фибровой арматуры. / М.Т. Коротких и др.: Криворожский горнорудный институт.

17.А.с. 1646341 СССР, МКИ Е04С 5/00. Арматурный дисперсного армирования бетона. /Коротких М.Т. и др.: зобетон".

18. А. с. 1646340 СССР. МКИ Е04С 5/07. Арматурный дисперсного армирования бетона. /Коротких М.Т. и др.: зобетон".

19. А. С. 167SQ08 СССР, МКИ Е04С 5/07. Арматурный дисперсного армирования бетона. /Коротких м.т. и др.: зобетон".

20.А.с. 1617118 СССР, МКИ Е04С 5/07. Арматурный дисперсного армирования бетона. /Коротких М.Т. и др.: зобетон".

21. А. с. 1733106 СССР. МКИ В23С 5/06. Фреза. /Коротких М. Т.. Волков М. А.: Ленинградский политехнический институт им М. И. Калинина.

22. А. с. 1763105 СССР. МКИ В23С 5/22. Фреза. /Коротких М. Т. : Ленинградский политехничес.сий институт им М. И. Калинина.

23. А.С. 1553291 СССР, МКИ В23С 5/06. Фреза./КОРОТКИХ М.Т.: Ленинградский политехнический институт им. М. И. Калинина.

24. А. с. 1590203 СССР. МКИ В23С 5/06. Режущий инструмент. /Коротких М. Т.: Ленинградский политехнический институт им м. и. Калинина.

элемент для . ППКО"Желе-

элемент для ППКО"Желе-

элемент для ППКО"желе-

злемент для ЛЖГЖеле-