автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.07, диссертация на тему:Обоснование рациональных геометрических параметров твердосплавных сменных многогранных пластин для чистового точения

На правах рукописи

ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ТВЕРДОСПЛАВНЫХ СМЕННЫХ МНОГ ОГРАННЫХ ПЛАСТИН ДЛЯ ЧИСТОВОГО ТОЧЕНИЯ

Специальность 05.02.07 - Технология и оборудование механической и физико-технической обработки

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

25 ФЫ 2015

Тула-2015

005559572

005559572

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор технических наук, профессор Иванов Валерий Васильевич

Михайлов Станислав Васильевич

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Костромской государственный технологический университет», г. Кострома, профессор

Истоцкий Владислав Владимирович

кандидат технических наук, ООО «Научно-производственное предприятие «РИТ-Инжиниринг», г. Тула, директор по научно-техническому развитию

ФГБОУ ВПО «Юго-западный государственный университет», г. Курск

Защита диссертации состоится « 7 » апреля 2015 г. в 14:00 часов на заседании диссертационного совета 212.271.01 при ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет» по адресу: 300012, г. Тула, пр. Ленина, д. 92, 9-101.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет»

http://tsu.tula.ru/science/dissertation/diss-212-271-01/pryagnikova-aa/.

Автореферат разослан « 17 » февраля 2015 г.

Ученый секретарь Черняев Алексей Владимирович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Основу инструментального обеспечения современных машиностроительных производств составляют сборные режущие инструменты с механическим креплением твердосплавных сменных многогранных пластин (далее - СМП). Эксплуатационные показатели таких инструментов во многом определяются режущими свойствами их материалов, а также геометрическими параметрами рабочей части СМП. При конструировании СМП наметилась устойчивая тенденция замены классических форм передней поверхности на гораздо более сложную конфигурацию. Патентный поиск показал, что около 65 % всех изобретений за последние 15 лет приходится на режущие пластины с геометрически сложной передней поверхностью. Это обусловлено тем, что сложный рельеф приводит к уменьшению площади ее контакта со стружкой и реализуется известный принцип укороченной передней поверхности в современной интерпретации. Такая форма способствует формированию компактной стружки, что является одним из основных требований при токарной обработке.

Отечественные предприятия (ОАО «КЗТС» и ОАО «Победит»), выпускающие твердосплавные СМП собственных конструкций не уделяют должного внимания проектированию передней поверхности СМП, что снижает конкурентоспособность отечественных инструментов, несмотря на несомненные достижения в области технологии производства твердых сплавов.

Отсюда следует, что обоснование геометрических параметров СМП для российского производства, позволяющее обеспечить повышение точности и производительности чистовой токарной обработки, является актуальной научной задачей.

Цель работы заключается в повышении эффективности процессов чистового точения на основе совершенствования конструкции рабочей части СМП, обеспечивающей ограничение ее контакта со стружкой, а также надежное стружкодробление.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Сопоставить стойкостные качества отечественных СМП для чистового точения с зарубежными аналогами.

2. Рационализировать размеры СМП в плане при сохранении их основных характеристик в условиях чистового точения твердосплавными сборными резцами.

3. Обосновать конструктивные параметры СМП, обеспечивающие дробление стружки с учетом преимущественного ее завивания над плоскостью, передней поверхности.

4. Обосновать параметры задней поверхности СМП, обеспечивающие заданную шероховатость обработанной поверхности при чистовом точении.

5. Провести апробацию результатов исследований в производственных условиях.

Объект исследования. Конструкции твердосплавных СМП для чистового точения.

Предмет исследования. Геометрические параметры СМП, определяющие эксплуатационные показатели токарных резцов, такие как стружкодробящая способность, прочность режущего клина.

Методы исследования. Теоретические исследования базируются на основных положениях теории резания металлов, методов математического и компьютерного моделирования. Компьютерное моделирование проводилось в программном продукте SoIidWorks 2013. Экспериментальные исследования проведены в лабораторных условиях с применением аттестованных средств измерений: инструментальный микроскоп БМИ-1, профилометр модели Waleline 20, штангенциркуль с цифровым индикатором.

Автор защищает:

1. Результаты экспериментальных исследований по сопоставлению износостойкости отечественных СМП для чистового точения с их зарубежными аналогами, с целью решения вопроса импортозамещения.

2. Экспериментальное исследование влияния уменьшенного угла при вершине резца на температуру резания, усадку стружки и форму стружки в условиях чистового точения твердосплавными сборными резцами.

3. Результаты теоретического и экспериментального определения конструктивных параметров СМП, обеспечивающих дробление стружки.

4. Обоснование ограничения размеров рабочей части задней поверхности СМП по условию устойчивости (ограничения возможной величины износа).

Научная новизна работы заключается в экспериментальном обосновании геометрического расположения уступа на плоской передней поверхности и теоретическом обосновании условий повышения сил трения по главной задней поверхности на основе применения рифлений.

Практическая значимость работы:

1. Разработанная конструкция твердосплавной режущей пластины позволяет уменьшить расход инструментального материала при обеспечении заданных характеристик процесса чистового точения: износостойкость, размерную стабильность, виброустойчивость и повышенную производительность.

2. Разработан способ уменьшения рабочей части задней поверхности, ограничивающее допустимый износ и повышающее производительность чистовой токарной обработки.

Реализация работы. Результаты работы внедрены на ОАО «Тульский научно-исследовательский технологический институт». Материалы диссертации используются в учебном процессе при изучении дисциплины «Инструментальное обеспечение автоматизированных производств» и «Теория планирования эксперимента в инструментальной промышленности» для бакалавров.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены на ВНПК «Техника XXI века глазами молодых ученых и специалистов», г. Тула в 2010-12 гг., за которые в 2010 и 2011 награждена дипломами III степени, на VI МНПК «Прогрессивные технологии в современном машиностроении», г. Пенза, 2010 г., на XIV МНПК «Современные технологии в машиностроении», г. Пенза, 2010 г., на «Научной школе-семинаре молодых ученых и специалистов в области компьютерной интеграции производства», г. Оренбург, 2010 г., на ММНК XXXVII

Гагаринские чтения, г. Москва, 2011 г., на VI ВНТК «Студенческая весна 2011: Машиностроительные технологии», г. Москва, 2011 г., Ill МНТК «Модернизация машиностроительного комплекса России на научных основах технологии машиностроения», г. Брянск, 2011 г., на РМНПК ТулГУ «Молодежные инновации», г. Тула в 2011-2013 гг., на VI Магистерской НТК, г. Тула, 2011 г. - диплом I степени, на Международном Форуме по проблемам науки, техники и образования, г. Москва, 2011 г. - Золотой диплом, на XXXXI Всероссийском Симпозиуме «Механика и процессы управления», г. Миасс, 2011 г., на XV МНТК «Фундаментальные проблемы техники и технологии - Технология-2012», г. Орел, 2012 г., на МНТК «Фундаментальные и прикладные проблемы модернизации современного машиностроения и металлургии», г. Липецк, 2012 г., на МНТК «Высокие технологии в машиностроении», г. Курган, 2012 г., на V МНТК «Машиностроение — основа технологического развития России», Курск, 2013 г., на IX МНПК «Перспективные разработки науки и техники - 2013», Польша, 2013 г.

В 2013 г. за работу «Прогрессивные технологии обработки корпусов артиллерийских снарядов на основе эффективного использования современных режущих инструментов» автор в составе коллектива удостоена диплома лауреата премии имени С.И. Мосина. В 2012 г. удостоена стипендии Правительства РФ, а в 2013 г. — стипендии Президента РФ.

Публикации. Основное содержание работы изложено в 39 печатных работах, из них I коллективная монография, 9 статей в изданиях, рекомендованных ВАК, 1 патент РФ на полезную модель, 28 публикаций в научных журналах, сборниках докладов и тезисов.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 разделов, заключения, списка использованных источников из 120 наименований и приложения, включает 130 страниц машинописного текста, 73 ил., 37 табл. Общий объем 209 с.

ОБЗОР СОДЕРЖАНИЯ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении содержится обоснование актуальности темы диссертации, сформулированы цель и задачи, определены научная новизна и практическая значимость, выделены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе анализируется состояние отрасли по производству твердосплавных СМП в РФ. Отмечается, что повышение точности и производительности токарной обработки, на основе использования инструмента улучшенной конструкции российского производства, является весьма важной научной задачей. Ее решение особенно актуально в производстве нежестких деталей (у которых I » D) и тонкостенных деталей при работе в условиях чистовой обработки.

Вопросами проектирования конструкций твердосплавных СМП в РФ занимаются В.В. Иванов, С.Я. Хлудов, C.B. Михайлов и др. Исследованиями по повышению эффективности стружкодробления при резании занимались Т.Н. Лоладзе, Н.Н. Зорев, A.M. Вульф и др. С.И. Петрушиным разработана методика по определению рациональной геометрии режущей кромки. В предше-

ствующих работах не уделено достаточного внимание вопросам ограничения контакта инструмента со стружкой на основе уменьшения угла при вершине применительно к сборным резцам.

Анализ форм передних поверхностей отечественных СМГ1 нового поколения для чистового точения, показал следующее. На этапе проектирования СМП конструктором создается такая форма передней поверхности, которая обеспечивает при контакте стружки с передней поверхностью желаемые направление схода стружки и радиус витка. Форма, размеры и место расположение отдельных участков элементов передней поверхности, определяются функциями, которые они выполняют в процессе срезания припуска. Каждый из таких участков может одновременно выполнять одну или несколько функций в процессе резания или изменять их при изменении технологических факторов. Участки передней поверхности состоят из: криволинейных или плоских поверхностей; сферических, цилиндрических или конических впадин; криволинейных или прямолинейных уступов; стоящих отдельно или сопряженных с другими участками выступов. Такие участки могут плавно сопрягаться между собой или иметь четкие границы.

При анализе конструкций СМП отечественных и зарубежных производителей замечено, что по геометрической конфигурации они идентичны своим зарубежным аналогам. С одной стороны это упрощает процедуру выбора формы передней поверхности СМП, с другой стороны, такой подход нельзя признать полноценным решением проблемы импортозамещения инструмента в отечественном машиностроении.

В конце главы формулируются цель работы и задачи исследования.

Во второй главе описываются проведенные исследования по сопоставлению стойкостных качеств отечественных СМП для чистового точения с зарубежными аналогами.

В качестве испытуемых образцов СМП российского производства использовали пластины, изготовленные на ОАО «КЗТС». Для них были подобраны зарубежные аналоги производства Sandvik Coromant, Seco Tools, Mitsubishi Carbide, Iscar, Korloy. Результаты исследования приведены на рис. 1.

Сравнение режущих свойств проведено при непрерывном продольном точении заготовок из коррозионно-стойкой стали марки 08Х18Н10Т с глубиной резания / = 0,5 мм, подачей 5 = 0,21 мм/об без применения СОТС. Малая глубина резания позволила пренебречь влиянием главного угла в плане <р и использовать СМП различной геометрической формы.

В результате проведенных исследований замечена тенденция по улучшению качества сплавов производства ОАО «КЗТС». Если сплав МС146-Н 2005 г. производства, в условиях данных экспериментов показал низкую износостойкость, то уже СМП из сплавов нового поколения (2009 г.) показывают лучшие режущие свойства, и по износостойкости близки зарубежным аналогам.

□ 1 КЗТС (2005); ТОММ160408; MC146-H (М25)

В 2 КЗТС (2009); WNMG 080408-R2; ТС40РТ (М25)

□ 3 Sancfvlk-MKTC (2008); CNMG 120412-48; CT25 (М20)

□ 4 Sandvik Coroniant (2007). DNMG150408-PM; GC4235 (М35) !

■ 5 Mitsubishi Carbide (2007); SNMGI

120404-MA; US735 (M35) Q8 Iscar (2008). CNMG 120408-NR, ]C9250 (M05-M20)

I

X

6

Рис. I. Сравнение относительной износостойкости СМП российского производства с зарубежными аналогами (сталь 08X18И ЮТ, S=0,2l мм/об, Ml,5мм, V=1S0+J Юм/мин) В третьей главе проанализировано влияние угла при вершине твердосплавных СМП на основные характеристики процесса резания в условиях чистового точения. Отмечено, что создание конкурентоспособной конструкции СМП возможно лишь на основе учета закономерностей и явлений, происходящих в зоне контакта инструмента со стружкой. Были проанализированы факторы, влияющие на длину контакта стружки с передней поверхностью, во многом определяющей эксплуатационные показатели инструментов. В результате установлено, что такой фактор как размеры передней поверхности, ограниченные контуром режущих кромок, нуждается в дополнительном изучении. При этом необходимо учитывать превалирующее завивание стружки над плоскостью передней поверхности, характерное для чистовых режимов точения. В этом случае уменьшение угла при вершине СМП будет ограничивать естественную длину взаимного контакта стружки и инструмента. Это хорошо видно из результатов экспериментов, приведенных на рис. 2. Как известно, сокращение длины контакта стружки с передней поверхностью инструмента создает более благоприятные условия для его работы, выражающиеся в уменьшении усадки стружки, сил и температуры резания. Это характерно также и для резцов с плоской передней поверхностью и минимальным стандартным углом при вершине 35°, что подтверждается результатами экспериментов по оценке усадки стружки (рис. 3), а также температуры резания по величине термоэдс (рис. 4).

Рис. 2. Площадка контакта стружки

с передней поверхностью (сталь 08X18HI0T, V=44 м/мин (н=250 об/мин); 1=0,5.им; S=0,15мм/ой; ф=б0°)

Н.Ф.); информатизации образования (Кузнецов A.A., Лапчик М.П., Роберт И.В.); теории и методики обучения информатике, информационным и коммуникационным технологиям и совершенствования подготовки учителя информатики (Бешенков С.А., Гейн А.Г., Ершов А.П., Кузнецов A.A., Кузнецов Э.И., Лапчик М.П., Ракитина Е.А., Роберт И.В., Семакин И .Г., Хеннер Е.К. и др.).

Методы исследования. Для решения поставленных задач и доказательства выдвинутой гипотезы использовались следующие методы: теоретический анализ психолого-педагогической литературы, ранее выполненных диссертационных исследований по данной проблеме, изучение и обобщение передового педагогического опыта, теоретические методы (сопоставительный анализ, моделирование, проектирование), эмпирические методы (анкетирование, тестирование, наблюдение, собеседование, педагогический эксперимент), статистические методы обработки экспериментальных данных.

База исследования. Исследование проводилось в Холонском технологическом институте (г. Холон, Израиль) на факультете естественных наук и информатики и в ФГБОУ ВПО «Московский государственный гуманитарный университет им. М.А. Шолохова» на кафедре информатики.

Этапы исследования. Исследование проводилось в три этапа.

На первом этапе (2005-2008 гг.): изучалась литература по теме исследования, анализировались подходы к отбору и логическому построению содержания образовательного модуля «Введение в программирование» в системе подготовки бакалавров по специальности «Прикладная информатика» с позиции соответствия специфике профессиональных задач; изучались формы и методы организации самостоятельной работы студентов; проводилась оценка уровня обученности при постановке и реализации задач, соответствующих профессиональной области деятельности; сформулированы цели, объект, предмет и гипотеза исследования; поставлены задачи исследования; проведен констатирующий эксперимент.

На втором этапе (2008-2011 гг.): осуществлялась разработка механизма отбора и логического построения содержания образовательного модуля «Введение в программирование»; осуществлялась разработка методических подходов к обучению студентов алгоритмизации и программированию в процессе изучения образовательного модуля «Введение в программирование» на основе самостоятельного конструирования задач; определялось содержательное наполнение образовательного модуля «Введение в

программирование»; разрабатывалась система практических и лабораторных занятий с использованием средств активизации учебно-познавательной и самостоятельной деятельности обучающихся; проводился формирующий эксперимент, анализ промежуточных результатов.

На третьем этапе (2011-2014 гг.): обобщались результаты опытно-экспериментальной проверки эффективности разработанных методических подходов к обучению алгоритмизации и программированию на основе системно-алгоритмического подхода; проводился качественный и количественный анализ полученных результатов; формулировались выводы.

Научная новизна и теоретическая значимость исследования заключается в: обосновании целесообразности реализации структурно-алгоритмического подхода к формированию знаний и умений у будущих бакалавров непрофильных специальностей в области алгоритмизации и программирования; обоснование целесообразности обучения будущих бакалавров алгоритмизации и программированию на основе постановки и реализации задач; теоретическом обосновании уровней обученности знаниям и умениям будущих бакалавров непрофильных специальностей в области алгоритмизации и программирования при самостоятельном составлении и реализации задач из определенной предметной области, соответствующей профессиональной.

Практическая значимость заключается в: разработке и реализации методических аспектов образовательного модуля «Введение в программирование» для бакалавров по направлению «Прикладная информатика» (на примере экономического профиля); разработке и методическом сопровождении решения задач определенной предметной области, соответствующей

профессиональной; разработке методических рекомендаций к изложению образовательного модуля «Введение в программирование» в преподавании объектно-ориентированных языков

программирования; построении системы задач, позволяющей реализовать линию алгоритмизации и программирования в образовательном модуле «Введение в программирование».

Апробация результатов исследования. Материалы исследования обсуждались на заседаниях кафедры информатики ФГБОУ ВПО «Московский государственный гуманитарный университет им. М.А. Шолохова» (Москва, 2012-2014 гг.), а также на международных научно-практических конференциях: «Новые информационные технологии в образовании» (Москва, Фирма «1С»,

2012 г.); «Преподавание информационных технологий в Российской Федерации» (Москва, МГУ им. М.В. Ломоносова, 2012 г.); «Применение инновационных технологий в образовании» (Троицк, Региональный общественный фонд новых технологий в образовании «БАИТИК», 2013 г.); «Модернизация системы непрерывного образования» (Махачкала, ФГБОУ ВПО «Дагестанский государственный педагогический университет», 2014 г.).

Внедрение результатов исследования. Теоретические и методические положения, разработанные в диссертации, реализованы: в курсах «Основы алгоритмизации и программирования» и «Объектно-ориентированное программирование», которые входят в структуру подготовки будущих бакалавров по направлению «Прикладная информатика» в ФГБОУ ВПО «Московский государственный гуманитарный университет им. М.А. Шолохова»; в образовательном модуле «Введение в программирование» в Холонском технологическом университете (г. Холон, Израиль).

На защиту выносятся следующие положения:

1. Реализация теоретических подходов к обучению будущих бакалавров непрофильных специальностей по направлению прикладной информатики, включающих: обоснование целесообразности обучения будущих бакалавров алгоритмизации и программированию на основе постановки и реализации задач; уровни обученности знаниям и умениям в области алгоритмизации и программирования при самостоятельном составлении и реализации задач из данной предметной области, соответствующей профессиональной, является основой для методических подходов к обучению самостоятельной постановке и реализации задач из предметной области, соответствующей профессиональной.

2. Использование методических подходов к обучению будущих бакалавров алгоритмизации и программированию при постановке и реализации задач некоторой предметной области, соответствующей профессиональной, формирует знания и умения в области представления совокупности структур данных и эффективных операций над ними, а также в области формирования структуры решения задач, включающей в себя элементы целеполагания, планирование структуры действий, прогнозирование, моделирование, поиск решений, контроль.

Структура диссертации: диссертация состоит из введения, двух глав, заключения, библиографии и приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность исследования, формулируется проблема, определяется объект, предмет, цель, гипотеза, задачи и методы исследования, раскрывается новизна, показывается теоретическая и практическая значимость исследования.

В Главе 1 представлены теоретические аспекты развития содержания и методики обучения алгоритмизации и программированию в вузе для непрофильных специальностей. Проведенный анализ современных подходов к обучению алгоритмизации и программированию (Бешенков С.А., Макарова Н.В., Хеннер Е.К. и др.) показал, что в современных исследованиях должным образом не отражены требования к подготовке специалистов различного профиля в области владения информационными технологиями при постановке задачи, отражающей требования заказчика программного обеспечения некоторой профессиональной области. Анализ также показал, что сложившаяся в настоящее время традиция подготовки студентов в области алгоритмизации и программирования непрофильных специальностей не делает принципиального различия между будущими программистами и студентами других специальностей.

Анализ опыта обучению программированию (Лапчик М.П., Рыжова Н.И. и др.), а также других аспектов информатики (алгоритмы и структуры данных, системы баз данных и т.д.), показал, что чаще всего процесс обучения сводится к решению определенного набора задач, а точнее — к получению результата. При таком подходе большинство студентов становятся лишь пользователями готового программного продукта, так как не владеют знаниями и умениями, связанными с выявлением данных в поставленной задаче, с постановкой самой задачи, а лишь механически понимают ее решение, что переносится на будущую трудовую деятельность. Недостаточно отражены методические подходы к формированию знаний и умений у будущих бакалавров непрофильных специальностей в области алгоритмизации и программирования при самостоятельном составлении и реализации задач из определенной предметной области, соответствующей профессиональной.

В диссертации обосновано, что по мере распространения компьютерной техники вся совокупность взаимодействующих с ней специалистов и пользователей различных областей разделилась на две группы: системные и прикладные программисты, разрабатывающие системы математического обеспечения и пакеты прикладных программ для решения больших классов задач из различных отраслей;

пользователи, в том числе не специалисты в области программирования, программным продуктом определенной профессиональной направленности. Для представителей первой группы написание программ на тех или иных языках или непосредственно в машинных кодах является обязательной составной частью их профессиональной деятельности. Для представителей второй группы (пользователей), которые являются целью исследования, общение с компьютером протекает в рамках специализированных, заранее разработанных программных систем, использующих привычную для них профессиональную терминологию. Для них знакомство с конкретными языками и системами не являются необходимым, и на первый план выходят общеобразовательные аспекты программирования (Журавлев И.К., Кушниренко А.Г., Ракитина Е.А., Семакин И.Г. и др.).

В диссертации обосновано, что основная задача того или иного специалиста, не связанного с программированием (например, бакалавра экономического профиля), состоит не в создании компьютерных программ для решения тех или иных производственных задач (хотя небольшие по объему задачи он должен уметь решать сам), а сводится к умению грамотно и правильно поставить задачу для ее реализации в некоторой предметной области и дать общие пути (идеи) ее решения. В этой связи в диссертации показано, что для будущих бакалавров непрофильных специальностей (по отношению к программированию) деятельность по постановке профессиональных задач (например, экономических) должна осуществляться в понятной форме для профессионального программиста. При этом процесс решения задачи состоит из следующих шагов: постановка задачи (представление информации); собственно решение задачи (преобразование информации); анализ результатов (оценка информации).

В данном контексте, в диссертации обоснована целесообразность обучения на основе системно-алгоритмического подхода к формированию знаний и умений у будущих бакалавров непрофильных специальностей в области алгоритмизации и программирования при самостоятельном составлении и реализации задач из данной предметной области, под которым понимается совокупность теоретических и методических подходов к формированию: знаний основ системного представления данной профессиональной области и соответствующей ей некоторой предметной области; умений составлять задачи, отражающие существенные стороны предметной области и реализовывать их в виде структурных алгоритмов. При этом,

ведущим компонентом системно-алгоритмического подхода является умение строить, анализировать систему задач, которая в совокупности обеспечивает достижение поставленной цели, и находить ее решение в виде структурных алгоритмов. Показано также, что системно-алгоритмический подход требует привлечения знаний из области теории систем и системного анализа, теории алгоритмов, структурного программирования. Опираясь на эти знания, студент получает возможность грамотно сформулировать возникшую профессиональную задачу (проблему) для оценивания ее решения профессионалом программистом. При этом обучение основам алгоритмизации и программирования студентов непрофильных специальностей целесообразно осуществлять на основе предложенного автором системно-алгоритмического подхода, ориентированного на развитие у студентов умений системного анализа данной предметной области и, на основе этого анализа, постановки задач для программиста-профессионала.

На основе анализа научно-методической литературы (Бешенков С.А., Кузнецов A.A., Кузнецов Э.И. и др.) и собственного опыта преподавания основ программирования в вузе в диссертации выделены следующие основные позиции, составляющие ядро системно-алгоритмического подхода: понимание значимости системного видения данной предметной области, структурного описания алгоритмов и технологий решения задач в рамках данной предметной области; знание основных положений системного анализа технологий нисходящего проектирования решения производственных проблем и подходов к их реализации с помощью структурного программирования; умение: создавать модели данной предметной области, состоящие из структур данных и операций над ними; в рамках созданной модели, формулировать задачи, направленные на достижение поставленной цели; определять приемы, методы и алгоритмы решения поставленных задач; определять способы реализации и оценки построенных алгоритмов.

На этой основе теоретически обоснованы уровни обученности знаниям и умениям будущих бакалавров непрофильных специальностей в области алгоритмизации и программирования при самостоятельном составлении и реализации задач из данной предметной области, соответствующей профессиональной. Перечислим их. Низкий (Знания в области: формального знания понятий модели и алгоритма. Умения: отличать модель от моделируемого объекта; ставить только простейшие задачи из данной предметной области). Базовый, в дополнение к низкому (Знания в

зоне глубин резания. СМП с глубиной канавки 0,2 мм может обрабатывать заготовку с глубиной резания не более 1,0 мм.

Результаты исследований, полученные в диссертационной работе, приняты к внедрению на ОАО «ТНИТИ» в технологию чистовой токарной обработки детали типа «Вал» на специализированном станке с ЧПУ мод. ТМ-90.

В результате применения предложенной конструкции СМП путем ее заточки формы VPMT 160404-PF из сплава Н13А (Sandvik Coromant) удалось снизить уровень вибраций при обтачивании консольно закрепленных концов детали с отношением 1/D = 5,8 по сравнению с СМП формы DNMT 11T304-PF, используемой по штатной технологии. Это позволило снизить уровень вибраций, увеличить частоту вращения шпинделя с 400 до 630 об/мин и, соответственно, в 1,57 раза повысить производительность обработки.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

В диссертационной работе решена актуальная научная задача, заключающаяся в обосновании геометрических параметров СМП для российского производства, позволяющих обеспечить повышение точности и производительности чистовой токарной обработки. Получены следующие результаты и выводы:

1. Сопоставление режущих свойств твердых сплавов отечественных СМП для чистового точения с их зарубежными аналогами показало, что качество отечественных сплавов по своей износостойкости за последние 7 лет возросли на 60-70%.

2. Доказано, что путем уменьшения угла при вершине резца можно снизить температуру резания и усадку стружки в условиях чистового точения твердосплавными сборными резцами с плоской передней поверхностью и монолитным уступом при точении на повышенных режимах резания (Г/=200-К280 м/мин). Одновременно показано, что введение стружколомающей канавки на плоской передней поверхности повышает температуру резания, что предложено учитывать введением поправочного коэффициента Kvна скорость резания для резцов с углом при вершине 35°.

3. Обоснованы конструктивные параметры СМП, обеспечивающие дробление стружки: в качестве стружкозавивающего элемента на плоской передней поверхности предложено использовать уступ; для активизации стружкодробле-ния и усиления фрикционного взаимодействия витка стружки с задней поверхностью применен «протектор» в виде рифлений (патент 135280 РФ). Это позволило расширить диапазон стружкодробления на область подач 5 = 0,1 ^ 0,25 при глубине резания t = 0,5 -=-1,5 мм.

4. Обосновано ограничение размеров рабочей части задней поверхности СМП по условию ограничения возможной величины износа, путем заточки канавки на расстоянии 0,3 мм от режущей кромки. Глубина канавки 0,17 мм обоснована расчетом напряжений в среде Solid Works Simulation 2013. Это позволило увеличить время работы одной вершиной в 2,1 раза, при сохранении заданной шероховатости Ra=6,3, что является резервом в повышении производительности обработки.

5. Опытное внедрение результатов исследования в ОАО «ТНИТИ» в технологии чистовой токарной обработки детали типа «Вал» на специализированном станке с ЧПУ мод. ТМ-90 позволило повысить производительность обработки в 1,5-1,57 раза.

Основное содержание диссертации отражено в 39 публикациях, основными из которых являются: Монография

1. Пряжникова A.A., Иванов В.В., Степанов Ю.С. Прогрессивные машиностроительные технологии, оборудование и инструменты // Том I Коллективная монография / под ред. A.B. Киричека. М.: Издательский дом «Спектр» 2013. 288 с. (С. 260-287). Н '

В изданиях, рекомендованных ВАК:

2. Пряжникова A.A., Иванов В.В. Ограничение взаимного контакта стружки с инструментом за счет угла при его вершине // Известия ТулГУ Технические науки. Вып. 6: в 2 ч. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. 4.2. С. 10-13.

3. Пряжникова A.A., Иванов В.В. Особенности изнашивания СМП с различными углами при вершине и формой передней поверхности в условиях чистового точения // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 1 Тула" Изд-во ТулГУ, 2012. С. 354-360. ' У Д

4. Пряжникова A.A., Иванов В.В. Оценка влияния угла при вершине твердосплавных сменных многогранных пластин на скорость резания при точении // СТИН, № 6, 2012. С. 19-20. Ф

5. Пряжникова A.A., Иванов В.В., Сметании A.C. Пути повышения конкурентоспособности отечественных инструментов с СМП для чистовой токарной обработки // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. Научно-технический журнал. № 2. 2 (292) 2012. С. 8-13.

6. Пряжникова A.A. Режущие свойства твердосплавных сменных многогранных пластин нового поколения Российского производства // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. Научно-технический журнал. №3-3 (293) 2012. С. 58-61.

7. Пряжникова A.A. Чистовая токарная обработка зубчатых колес и валов резцами с СМП формы V // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып 10 Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. С. 142-149.

8. Пряжникова A.A., Иванов В.В. Обоснование геометрических параметров рабочей части токарных резцов для чистовой обработки нежестких деталей // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 6. Тула: Изд-во ТулГУ 2013 4 1 С. 45-51. ' ' '

9. Pryazhnikova A.A., Ivanov V.V. Influence of the vertex angle of multifacet-ed hard-alloy plates on the speed in turning / Russian Engineering Research 2013 T 33. № 1. C. 46-47. ' '

Патенты

10 Пат. 135280 Российская Федерация, МПК8 В23В 27/00. Режущая пластина / Иванов В.В., Пряжникова A.A., Сметании A.C., Борискин О.И.- заяви-Т?л\ патентообладатель ФГБОУ ВПО ТулГУ. № 2013132245/02: заявл

11.07.13; опубл. 10.12.13, Бюл. № 34. 2 е.: ил.

Научные работы, опубликованные в других изданиях ™„гт П' ПРяжникова А-А-> Сорокин Е.В. Замещение импорта инструментов с UVU1 при производстве машиностроительной продукции в условиях малого

пРадпРиним^ельства// Ползуновский альманах №2/2010. Ал-таиския I I У им. И.И. Ползунова. С. 292-296.

12. Пряжникова A.A., Иванов В.В. Влияние угла при вершине СМП на допускаемую скорость резания // Современные технологии в машиностроении-сборник статей XIV МНПК. Пенза: Приволжский Дом знаний, 2010 С 93-96

13. Пряжникова A.A., Иванов В.В. Перспективы применения режущих инструментов с СМП российского производства // Технические науки пр^бле" мы и перспективы: сб. статей заочной МНК. С-Пб.: Молодой ученый, 2011. С.

14. Пряжникова A.A., Иванов ВВ., Сметании A.C., Чуприков А О Повышение эффективности процессов чистового точения ¿а основе совершенствования геометрической конфигурации рабочей части резца // Механика и

'Jr 3- МаТеРИШШ XXXXI симпозиума!

15. Пряжникова A.A. Ограничение контакта инструмента со стружкой путем уменьшения угла при его вершине // Фундаментальные и прикладные прт-блемы модернизации современного машиностроения и металлургии- сборник

строения ЛГТуВ ^ П0™СШ10Й 50™ КаФадРЫ м-Г

общ-ред-проф- А-м-Козлова-4 ли-

16. Пряжникова A.A., Иванов В.В., Сметании A.C., Чуприков А О Увеличение эксплуатационного ресурса СМП при чистовой токарной обработке // Технические науки: традиции и инновации: материалы мевдунар. заоч науч конф. (г. Челябинск, январь 2012 г.). / под ред. Г.Д. Ахметовой. Челябинск: Два комсомольца, 2012. С. 115-118.

ГМП и' ПрЯЖНИК0Ва АА" Иванов В.В., Журавлев С.Д. Режущие свойства СМП из твердого сплава ТС20НТ российского производства // Материалы IX МНПК «Перспективные разработки науки и техники - 2013» Volume 39 Tech-niczne nauki: Przemysl. Nauka I studia. C. 36-39.

Изд. Лиц. ЛР .N»020300 от 12.02.97. Подписано в печать 05.02 2015 Формат бумаги 60x84 716. Бумага офсетная. Усл. печ. л. 0,9 Уч.-изд. л. 0,8 Тираж 100 экз. Заказ 001 Тульский государственный университет 300012, г. Тула, пр. Ленина, 92. Отпечатано в Издательстве ТулГУ 300012, г. Тула, просп. Ленина, 95.