автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Обработка корешков бумажных блоков торцовыми фрезами

На правах рукописи

•Омельченко Лариса Анатольевна

0034Б1584

ОБРАБОТКА КОРЕШКОВ БУМАЖНЫХ БЛОКОВ ТОРЦОВЫМИ ФРЕЗАМИ

Специальность 05.03.01. - Технология и оборудование механической и физико-технической обработки.

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 2 ОЕЗ 2009

Тула 2009

003461584

Работа выполнена на кафедре «Инструментальные и метрологические системы» (ИМС) в ГОУ ВПО «Тульский государственный университет»

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Протасьев Виктор Борисович Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Федоров Юрий Николаевич - кандидат технических наук

Истоцкий Владислав Владимирович Ведущая организация ГНТП СПЛАВ г. Тула.

Защита диссертации состоится МХХ-гй'ТО- 2009г. в_ ов на

заседании диссертационного совета Д 212.271.01 при ГОУ ВПО «Тульский государственный университет» (300600, г. Тула, пр. Ленина, 92, ауд. 9-101)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тульского государственного университета.(300600, г. Тула, пр. Ленина, 92)

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета

А.Б.Орлов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В современном обществе в связи с развитием гласности и демократически принципов, печатная продукция выпускается в большом объеме. Так называемые книги легкого чтения не рассчитаны на длительное пользование и в основном используют бесшовные клеевые соединения. Качество этих соединений зависит от плотности среза, его прямолинейности, остаточной шероховатости (поскольку на гладкую поверхность клей «ложится» не достаточно эффективно).

С другой, стороны, необходимо обеспечить производительность операции, а применяемые инструменты должны отличаться технологичностью, стойкостью и их переточка должна обеспечиваться современными методами.

К сожалению, современное полиграфическое производство не располагает теорией резания бумаги, которая бы аргументировано позволяла назначать режимные параметра операций фрезерования корешков бумажных блоков (КББ), обеспечивающие необходимую остаточную шероховатость. Нет рекомендаций по использованию косоугольного резания, применяемым инструментальным материалом, способам их упрочнения и способам переточки.

Бумага, как обрабатываемый материал, характерна разбросом механических свойств, наличием включений, имеющих высокую твердость и абразивные свойства, а сами КББ имеют различную толщину, и это необходимо учитывать при проектировании операций резания.

Актуальность работы возрастает в связи с тенденцией наращивания объемов типографской продукции с бесшовными переплетами, а также с ошибочным мнением, что необходимое качество и эффективность обеспечивается только импортируемыми из стран дальнего зарубежья инструментами.

Цель работы. Повышение эффективности технологии резки и фрезерования КББ, установление и экспериментальная проверка режимных параметров, обеспечивающих необходимую остаточную шероховатость, выдача рекомендаций по используемым инструментальным материалам, конструктив-

ным параметрам инструментов, способам их переточки и повышении их долговечности.

Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи исследования:

1. Выявлены пути повышения производительности операций по фрезерованию КББ на основе изучения реологических свойств бумаги и анализа недостатков используемых режущих инструментов.

2. Исследованы закономерности возникновения остаточной шероховатости на КББ после выполнения операций торцового фрезерования.

3. Экспериментально исследован характер износа различных по конструкции режущих элементов торцовых фрез, а также выполнено экспериментальное сравнение различных марок инструментальных материалов по стойкости.

4. Экспериментально проверена гипотеза о возможности выполнения на задних поверхностях режущих инструментов участков с нулевыми значениями задних углов.

Методы и средства исследования

При выполнении работы использовались теоретические и экспериментальные методы сравнительного анализа. Теоретические исследования базируются на основных положениях теории резания и проектирования режущих инструментов, реологических параметрах обрабатываемого объекта, положениях дифференциального и интегрального исчисления.

Экспериментальные исследования выполнены в лабораторных условиях с использованием современной аппаратуры и вычислительных средств.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Модель процесса резания бумаги, позволяющая установить значимость различных режимных и конструктивных параметров инструментов и степень их влияния на качественные и энергетические характеристики one-раций фрезерования КББ и учитывающая реологические свойства обрабатываемого материала.

2. Результаты экспериментальных исследований обработки КББ резанием, подтверждающие результаты моделирования и позволяющие выработать практические рекомендации по проектированию и эксплуатации режущих инструментов с использованием косоугольного резания.

3. Рекомендации по использованию инструментальных материалов и способов повышения их стойкости.

4. Конструкцию торцовых фрез для фрезерования КББ с нулевыми задними углами режущих элементов и способ их переточки без снятия с рабочих шпинделей фрезерных машин.

Научная новизна состоит:

- в разработке математической модели процесса фрезерования бумаги, основанной на ее реологических свойствах и экспериментальных исследованиях, объясняющей эффективность косоугольного резания и обеспечивающей при ее реализации параметры шероховатости, необходимой для склеивания бесшовных переплетов;

- в определении величины критической силы, при достижении которой начинается процесс резания;

- в установленных связях между толщиной бумажного блока и параметрами шероховатости обработанной поверхности после операции торцового фрезерования.

Практическая ценность работы заключается:

- в рекомендациях по назначению режимов резания при торцовом фрезеровании корешков бумажных блоков;

- в разработке специальных торцовых фрез, конструктивные параметры которых учитывают свойства бумаги;

- в способах переточки режущих элементов.

Все эти рекомендации могут использоваться типографиями стран СНГ и предприятиями выпускающими картонную и бумажную тару.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на конференциях профессорско-

5

преподавательского состава Тульского государственного университета в 1995...2008 г.г, а также на конференциях: «Фундаментальные и прикладные проблемы технологии машиностроения» (г. Орел, ОрелГТУ, 2002), международной научно-технической конференции «Технологические системы в машиностроении» (г. Тула, ТулГУ, 2002), международной конференции «Инструментальные системы - прошлое, настоящее, будущее» (г. Тула, ТулГУ, 2003), международной научно-методической конференции. «Современные проблемы и перспективы развития станко - инструментального производства и совершенствования подготовки кадров» (г. Мариуполь, ПГТУ, 2003)

Практическая реализация. Предложенные инструменты внедрены на ЗАО «Газета Приазовский рабочий» Украина, г. Мариуполь.

Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 7 работ, в том числе 3 публикации в ведущих рецензируемых изданиях, включенных в перечень ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, общих выводов и результатов, приложения и списка литературы. Работа изложена на 120 страницах, содержит 25 рисуноков.6 таблиц, список литературы из 53 наименований и приложение на 1 странице.

Основное содержание работы

Во введении обосновывается актуальность работы, изложены основные положения, выносимые на защиту, показана практическая ценность диссертации.

В первой главе проведен анализ механических свойств бумаги, как материала, подвергающегося обработке резанием. Установлено, что наиболее общей ее характеристикой является прочность на растяжение. Этот параметр условно измеряется, как разрывная длина - т.е. расчетная длина такой полосы бумаги, которая будучи подвешена за один конец, разорвется под действием собственного веса, практически это удельная плотность бумаги.

б

Структура бумаги неоднородна, отдельные волокна по прочности (от 400 до 800 Н/мм2) не уступают металлам, но бумага пориста и ее прочность значительно меньше, так как связи между волокнами являются слабыми элементами структуры. Разрывное усилие зависит от степени помола целлюлозы и при «высоком» помоле обеспечивается наибольшее разрывное усилие. К другим характеристикам бумаги относятся: сопротивление изгибу, прочность на излом, релаксация упругих напряжений, прочность на разрыв и раздирание, прочность на продавливание, абразивные эффекты и другие.

Структура и механические свойства бумаги изменяются при механических воздействиях:

- при растяжении под действием малых нагрузок, действующих длительное время, упругонагруженная структура релаксирует с переходом упругих напряжений в остаточные;

- нагрузки растяжения, более высокие, но меньше чем разрывное усилие, вызывают разрушение структурных связей;

- при деформации сжатия в бумаге происходит образование новых структурных связей.

Изложенное характеризует бумагу как специфический материал, резание которого ошибочно отождествляется с резанием металлов. Режимные параметры операций, конструктивные параметры режущих элементов - нуждаются в существенной корректировке путем разработки аналитической модели, раскрывающей особенности обрабатываемого материала.

Далее рассмотрена реологическая модель процесса резания бумаги (рис. 1), содержащая три последовательно соединенных элемента: элемент £; мгновенной упругости, элемент течения и соединенный параллельно элемент упругости Е} элемент вязкости

При быстром нагружении деформация происходит за счет элемента Е/ При фиксации бумаги в сжатом состоянии начнутся перемещения в элементе С/, а элемент Е1 будет разжиматься и напряжения уменьшатся, что соответствует явлению релаксации. Ели к модели приложить постоянную нагрузку,

7

то под ее действием произойдет быстрая деформация элемента Е, (участок АВ), далее произойдет деформация за счет сжатия элементов Е2 6 и С/ (линия ВС). При снятии нагрузки элемент Е, разожмется мгновенно (участок БС), элемент Е2 разожмется постепенно (линия БЕ), а положение поршня элемента С; зафиксирует остаточную деформацию (ордината ЕР).

Сг

Е2

о о •в

и Ч

о о

X н о

в

С

Б

мгрузк; ___ 1 Р азгрузк .... а

1

о

1

Е Р

Рисунок 1 - Реологическая модель процесса резания бумаги Разрушению лезвием упруго-вязкого материала предшествует сжатие последнего до определенного состояния. Полная работа А, необходимая для разрушения материала может быть выражена с помощью зависимости:

А=Аок+Арет (1)

где Асж - работа, затраченная на сжатие бумажного блока, Ара - работа, затраченная непосредственно на резание.

Работа сжатия А,;Ж расходуется на преодоление внутреннего трения и ее можно считать «бесполезной» работой. Однако, при ее выполнении происходит изнашивание инструмента. Эффективность резания можно оценить ко-

эффициентом полезной работы К„, который всегда меньше единицы, и чем он больше, тем резание эффективней

к' -АР"

(2)

График изменения коэффициента К„ от высоты стопы имеет следующий вид (рис. 2).

О

1 Кп! А; Ари г кп Г А

///

высота стопы -►

15

30 Ъ„,

Рисунок 2 - Тенденция изменения коэффициента Ка от высоты стопы Ь^.

Изменение К„ от скорости резания (рис.3) объясняется наличием в реологической модели вязких элементов ¿1 и обладающих инерционностью. При медленном нарастании усилия (т.е. малой скорости резания), они успевают срабатывать, а при быстром нарастании усилия этого не происходит и повышается жесткость блока, в некоторой степени компенсируя работу сжатия.

Аналогично действует угол наклона лезвия X, поскольку при косоугольном резании не возникает мгновенного снижения нагрузки.

Все эти данные необходимо учитывать при проектировании фрез.

Показано, что торцовые фрезы являются единственно приемлемым инструментом, т.к. экспериментальная проверка альтернативных методов не дала положительного результата.

■к.

-►

Рисунок 3 - Тенденция изменения коэффициента К„ от стойкости резания

Во второй главе разработана новая конструкция режущих элементов (рис.4) и методом кинематического анализа доказана ее эффективность. Путем введения коэффициентов проскальзывания, являющихся отношением касательным к режущим кромкам векторов скорости резания к их нормальным проекциям, показано наличие косоугольного резания, причем наиболее эффективно «работает» вспомогательная кромка, что является особенностью фрезерования бумаги.

Рисунок 4 - Предлагаемая конструкция ножей торцовых фрез

10

Зависимости изменения этих коэффициентов (рис. 5; 6) от конструктивных параметров фрез показывают эффективность предложенных режущих элементов.

K:=f(Ru) при №=40 мм

Кг№) при Л„=150

90 100 110 120 130 140 150

Рисунок 5 - Зависимость коэффициента А" от величин Ru и Яна главной режущей кромке

0,5

K,=f(6) при /¿=45"

ч

при 9=40"

*

20 40 60

Рисунок 6 - Зависимости коэффициента К от углов & и ц на вспомогательной

режущей кромке. И

Далее в этой главе разработана методика определения критической силы Рк и силы трения сопровождающих процесс резания..

Согласно расчетной схеме (рис. 7) режущий элемент с радиусом округления р внедряется в сжатую стопу до тех пор, пока угол /?, превзойдет угол трения. После этого за счет проскальзывания разрывается первый лист, а за ним и все последующие.

■ Прижии—^ а / (ппиписк!

Рисунок 7 - Расчетная схема для определения Р* Величина критической силы определяется уравнением:

+ р2-1-Е-/3/ +0,35р-/-£-(Л + р) + 0,785р2-1-Е

где р - радиус скругления режущей кромки; /- длина режущей кромки; Е - модуль упругости бумаги, Д - исходный технологический зазор; р, - угол трения для обрабатываемой бумаги.

Далее приведены графики для определения Рк и усилий трения на режущем элементе, и высказано мнение, что оценку прочности режущих элементов следует выполнить экспериментально.

В третьей главе диссертации выполнены экспериментальные исследования процесса фрезерования бумажных блоков. Исследованием износа инструмента при обработке выборки из 30-ти бумажных блоков установлен характер износа режущих элементов сборной торцовой фрезы (рис. 8). Испытания проводились на специальной установке, полностью повторяющий расположение режущих элементов на торцовой фрезе.

В основном изнашивается вспомогательная кромка К)( Величина износа Д (, вдоль лезвия по длине постоянна, а на вершине возникает радиус округления р = 0,02.. .0,3 мм.

/

Б-Б Р

I,

Д.

изношенная^

повесхность

Рисунок 8 - Типичная картина износа режущих элементов

Предложено радиус округления р считать наиболее надежной и эффективной характеристикой износа. Измерение величины р выполнено методом снятия оттисков с помощью полированной алюминиевой пластины толщиной 0,25 мм, которая с легким усилием вдавливается в лезвие. Оттиск просматривается на любом микроскопе с увеличением в 300...500 раз, что позволяет измерять округление с радиусом 0,002 мм и выше и контролировать качество заточки. Визуальное исследование изношенных поверхностей подтверждает абразивно-окислительную природу изнашивания.

Обработка бумажных блоков длиной 210 мм, толщиной 42 мм с частотой вращения однозубой фрезы 1500 мин"1 и подачей на зуб = 0,5 мм/зуб показала, что наиболее приемлемыми сплавами являются МС321 и ВКЮХОМ, можно также использовать и сплав МС313, применяемый при обработке древесины и позволяющий получить острую режущую кромку.

Исследования остаточной шероховатости КББ проводились экспериментально при фрезеровании блоков по 20... 150 листов из бумаги перфокар-точной (ГОСТ 7362-78) и типографской бумаги №2, которая имеет повышенные физико-механические показатели. В качестве переменных факторов использовался зазор Д между зажимами и вершинами резцов, высота блока Ь, угол резцов в плане (р, частота вращения фрезы, подача на зуб Бг и радиус округления вершины р.

Характерные графики изменения шероховатости обработанных КББ показаны на рисунках 9 а), б), в).

Результаты экспериментов и наблюдений позволяют предложить режимные параметры операции фрезерования КББ и новую конструкцию фрез, ножи которой имеют <р\ = 0° и фаску шириной 0,05...0,2 мм на вспомогательной задней поверхности. У таких фрез практически отсутствует торцовое биение зубьев, что благоприятно сказывается на стойкости фрез и повышении периода стойкости до одной смены непрерывной работы. Радиальное биение регулируется специальной настройкой фрез вне станка.

14

3«тупленный тгадпи

■¡ООоб/шт А =0,5 ми Став ВКЮ-ХОМ Сплав ВЮО-ХОМ

1000 1=4 мм Д=0,5 мм Д=0,5 мм

иоо 2100 Сплав ВКЮ- хом чм

3,^0,5 мм/зуб п=ИООмин' п=0,5 мин'

а) б) в)

Рисунок 9 - Экспериментальные зависимости

а) изменение шероховатости в зависимости от частоты вращения и;

б) влияние на величину Яг переднего угла у;

в) влияние на величину Л2 главного угла в плане ср.

В четвертой главе рассмотрены условия рациональной эксплуатации фрез и приводятся требования к шпиндельным узлам бумагофрезерных станков.

Заточку режущих элементов предложено производить в кассетных приспособлениях алмазными кругами ACO с зернистостью 125/100, связкой Б1 и концентрацией 100% предварительно, а окончательную заточку кругами АСМ с зернистостью 28/20, связкой Б1 и 100% концентрацией, эти же характеристики должны иметь алмазные бруски для доводки режущих элементов непосредственно на станках.

Установлено, что в сравнении с электроискровым упрочнением, ионной имплантацией, магнитным упрочнением инструмента, лучшие результаты обеспечивает эпиламирование режущей части. Применение эпилама марки 6СФК180-05 обеспечивает как минимум 20% повышение стойкости инструмента. Другие способы упрочнения анализировались на основе данных технической литературы. Предложено критерием затупления режущих элементов считать возрастание потребляемой мощности до уровня, соответствующего затуплению до р - 0,045...0,05 мм. Для контроля шероховатости рекомендовано применять образцы, позволяющие интегрально оценивать обработанную фрезерованием поверхность.

Результаты работы внедрены в типографии ЗАО «Газета Приазовский рабочий» (Украина, г. Мариуполь.)

Общие выводы

В диссертации решена важная народохозяйственная задача по повышению эффективности обработки бумажных блоков в типографских условиях без применения инструментов, производимых в странах дальнего зарубежья.

1. С помощью реологической модели и экспериментальным путем установлено, что обрабатываемость бумаги резанием в значительной степени зависит от ее механических свойств и наличия посторонних включений, соизмеримых с прочностью металлических материалов. Качество среза определяется:

- усилием сжатия;

- остротой ножа;

- расположением листа в пакете;

- геометрией режущего клина;

- исходным зазором между поверхностью прижимов и поверхностью резания.

2. Разработана модель процесса торцового фрезерования бумаги, позволяющая определять составляющие усилий резания и влияние на них различных параметров этого процесса.

3. Предложена а также аналитически и экспериментально обоснована конструкция твердосплавных режущих элементов и торцовая фреза, использующая эффект косоугольного резания. Выбрана рациональная марка твердого сплава ВКЮХОМ.

4. Разработана методика кинематического анализа работы режущих элементов, позволяющая определять значения рабочих углов на всех режущих кромках.

5. Исследованы различные способы заточки режущих элементов. Рекомендовано выполнять станочную заточку алмазными кругами для предельно изношенных и новых инструментов и использовать их доводку по мере затупления прямо на рабочих позициях фрезерных машин.

6. Рассмотрены различные способы упрочнения режущих элементов твердосплавных фрез, среди которых рекомендовано применять эпиламиро-вание, позволяющее повысить стойкость не менее, чем на 20%.

7. Предложено в качестве критерия затупления инструмента использовать возрастание мощности резания, а также измерять шероховатость с помощью эталонных образцов.

8. Результаты работы внедрены в типографии ЗАО «Газета Приазовский рабочий» (Украина, г. Мариуполь).

Основное содержание диссертации изложено в работах:

1. Омельченко Л.А., Протасьев В.Б., Спиридонов Э.С. Влияние угла наклона режущей кромки на процесс резания бумажных блоков // Фундаментальные и прикладные проблемы технологии машиностроения. "Технология 2002". ОрелГТУ. - 2002. - С. 107-112.

2. Омельченко Л.А., Протасьев В.Б., Спиридонов Э.С. Конструктивные параметры фрез и режимы резания при фрезеровании корешков бумажных блоков // Фундаментальные и прикладные проблемы технологии машиностроения. "Технология 2002". ОрелГТУ. - 2002. -С.113-119.

3. Омельченко Л.А. Выбор онгамальной марки твердого сплава при фрезеровании блоков бумажных изделий // Сборник научных трудов международной научно-технической конференции. "Технологические системы в машиностроении". ТулГУ. -2002.-С. 159-163.

4. Омельченко Л.А. Разрезка листов в стопе // Известия Тульского государственного университета, Машиностроение: Инструментальные системы - прошлое, настоящее, будущее ТУЛГУ 2003. - С.218-228.

5. Омельченко Л. А. Износ и стойкость твердосплавного инструмента // материалы международной научно-методической конференции. «Современные проблемы и перспективы развития станко-инструментального производства и совершенствования подготовки кадров»: Мариуполь ПГТУ 2003. - С.69- • 72.

6. Омельченко Л. А., Протасьев В,Б. Сравнение различных способов упрочнения инструментов для разрезания и фрезерования бумажных блоков. / Известия Тульского государственного университета. Серия Технологическая системотехника. Изд-во ТулГУ 2006. - С.53-58.

7. Омельченко Л. А., Протасьев В.Б. Конструкция торцевых фрез для обработки корешков бумажных блоков / Известия Тульского государственного университета. Серия Технические науки. Выпуск 3. Тула, изд-во ТулГУ 2007. - С.89-92.

Изд. лиц. ЛР №020300 от 12.02.97. Подписано б печать 24.11.08. Формат бумаги 60x84 1/16. Бумага офсетная. Усл.-печ. л. 1,1. Уч.-изд. я. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ Тульский государственный университет. 300600, г. Тула, просп. Ленина, 92. Отпечатано в Издательстве ТулГУ. 300600, г. Тула, ул. Болдина, 151.

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИИ ФРЕЗЕРОВАНИЯ КОРЕШКОВ БУМАЖНЫХ БЛОКОВ, КОНСТРУКЦИЙ ИНСТРУМЕНТОВ И ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ.

1.1 Подготовка бумажных блоков к нанесению клея при использовании бесшовных соединений.

1.2 Механические свойства бумаги.

1.3. Реологическая модель, характеризующая свойства бумаги при ее деформировании.

1.4. Опытно-производственные конструкции фрез.

1.5 Испытание альтернативных способов обработки корешков бумажных блоков.

1.6 Выводы.-.

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ РЕЖУЩИХЭЛЕМЕНТОВ ДЛЯ ТОРЦОВЫХ ФРЕЗ МЕТОДОМ КИНЕМАТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА.

2.1. Анализ различных вариантов фрезерования корешков бумажных блоков.

2.2. Определение рабочих углов режущего клина торцовых фрез.

2.3. Анализ условий резания па главной и вспомогательной режущих кромках.

2.4. Определение критической силы Рк.

2.5 Определение усилия Pf от действия сил трения.

2.6 Возможности обеспечения остроты лезвия.

2.7 Схема нагружения режущих элементов усилиями резания.

2.8. Выводы.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФРЕЗЕРОВАНИЯ БУМАЖНЫХ БЛОКОВ.

3.1. Механизм изнашивания фрез и критерии оценки их стойкости.

3.2. Выбор оптимальной марки твердого сплава и модернизация конструкции режущих элементов.

3.3. Оптимальные параметры фрез и технологии фрезерования.

3.3.1. Влияние на шероховатость исходного зазора А.

3.3.2. Влияние на шероховатость Rz места расположения листа в обрабатываемой стопе.

3.3.3. Влияние на шероховатость Rz частоты вращения фрезы.

3.3.4. Влияние на шероховатость Rz подачи на зуб Sz.

3.3.5. Влияние на шероховатость переднего угла режущих элементов.

3.4. Выводы.

4. УСЛОВИЯ РАЦИОНАЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ФРЕЗ.

4.1. Заточка режущих элементов.

4.2. Способы упрочнения режущих элементов.

4.3 Критерии затупления режущих элементов и их контроль.

4.4. Оперативный контроль шероховатости бумажных блоков.

4.5 Выводы.

В современном обществе в связи с развитием гласности и демократических принципов (свободы печати, собрания, агитации) печатная продукция выпускается в большом объеме и часть ее, которая не рассчитана на длительное пользование, изготавливается с использованием клеевых бесшовных соединений (КБС).

КБС, тем не менее, представляет довольно сложный производственный объект. Склеивание корешков требует определенной шероховатости бумаги, которая обеспечивает проникновение клея на глубину до 1. 1,5 мм. Для соединения листов печатной продукции в единое целое. Важным фактором является то, что склеивание выполняется на автоматизированном оборудовании и исключает ручную корректировку качества.

Лучшим показателем шероховатости для КБС считается 200<i?z<600. Бумажный блок перед склеиванием с трех сторон отрезается с использованием в качестве инструмента специальных ножей па бумагорезальных машинах, имеющих различную длину реза и различную степень механизации, Затем блок выравнивается по стороне, противоположной корешку и фрезеруется по четвертой стороне, которая далее склеивается. Бумагорезательные ножи работают на относительно низких скоростях резания, поэтому, в качестве инструментальных материалов для их изготовления применяют инструментальные стали. Главной проблемой их изготовления является качество заточки, которое при использовании эльборовых кругов или более современных их заменителей из Sinter korund (корунда спекания) обеспечивается на надлежащем уровне. Серьезной проблемой в типографском производстве при использовании КБС являются торцовые фрезы.

Дело в том, что основной операцией для обработки корешков является торцовое фрезерование. Выбор способа объясняется тем, торцовые фрезы относительно легко оснащаются твердыми сплавами, не требуют особой точности установки, допускают увеличение диаметральных размеров, а тем самым и снижение частоты их вращения, что очень важно при высоких скоростях резания.

Бесшовные переплеты обычно имеют не более 200.400 листов, что определяет их толщину в диапазоне 20.60 мм, который может изменяться в зависимости от толщины бумаги.

Поскольку шероховатость обработанного корешка колеблется в значительных пределах на торцовых фрезах один зуб (и это ещё одно преимущество торцового фрезерования) выполняют более выступающим (на

11,2 мм), чем остальные, и он выполняет специальную операцию торшинирования, после которой на поверхности корешка остаются пропилы, обеспечивающие склеивание стопы.

Ситуация в настоящее время такова, что в типографиях России в основном используются импортные инструменты, поставляемые из Германии или их отечественные аналоги, значительно худшего качества.

На первый взгляд, сравнивая механические свойства металлов, как основного объекта торцового фрезерования и бумаги, можно предположить, что задача повышения стойкости не является актуальной. Практика типографского производства доказала обратное.

В бумаге даже высокого качества имеются инородные твердые включения, играющие роль своеобразного абразива. Их появление в составе бумаги связано с технологией ее изготовления, транспортировкой, переработкой и т. д. Таким образом, рассчитывая на облегчение условий резания и, соответственно, выбирая инструментальный материал и геометрию режущего клина, мы заведомо ошибаемся.

Эта задача должна рассматриваться с двух точек зрения:

- повышения стойкости инструмента, работающего на имеющемся в типографии оборудовании;

- разработке инструмента под вновь проектируемое оборудование.

Процесс фрезерования бумаги специфичен и мало изучен. В основном, это касается механизма износа, применения преимуществ косоугольного резания, рациональной геометрии режущего клина. Ситуация во многом объясняется тем, что традиционный взгляд на торцовое фрезерование металлов переносится на обработку бумаги. Во многом это объясняется тем, что отсутствует теоретическая модель косоугольного фрезерования бумаги, учитывающая ее особые свойства.

Общая цель работы - оснащение типографского производства современными торцевыми фрезами, обеспечивающими необходимую шероховатость и стойкость.

Детализируя общую цель работы, можно выделить следующие научные задачи, решение которых позволит решить проблему качества и производительного изготовления КБС: проведение анализа технологии торцового фрезерования корешков бумажных блоков, конструкций инструментов и инструментальных материалов с целью нахождения наиболее рационального резания; разработку теоретической модели торцового фрезерования с использованием косоугольного резания; выполнение экспериментальных исследований процесса фрезерования бумажных блоков для определения механизма изнашивания и определения критерия оценки стойкости, а также для определения обеспечиваемой шероховатости; определение рациональной геометрии режущих элементов фрез, учитывающих специфику процесса и характер износа; - выработку рекомендаций по режимам торцового фрезерования и факторам, обеспечивающим выполнение этой операции.

Качество бумаги в настоящее время определяется следующей документацией:

1. Бумага и картон. Термины и определения дефектов. ГОСТ 1908889.

2. Определение прочности при растягивании. Часть 1. Метод нагружения с постоянной скоростью. ГОСТ ИСО 1924-1-96.

3. Бумага писчая. Технические условия. ГОСТ 18510-87.

4. Бумага и картон. Отбор проб для определения среднего качества. ГОСТ 8047-2001 (ИСО 186-94).

Эта документация используется при выполнении различных разделов настоящей работы. Однако этого объема документации недостаточно для выполнения поставленных научных задач, главным образом для оценки эффективности процесса фрезерования. Этот недостаток устраняется в результате выполнения настоящей диссертационной работы.

8. Результаты работы внедрены в типографии ЗАО «Газета Приазовский рабочий» (Украина, г. Мариуполь).

1. Безухов Н. И. Основы теории упругости, пластичности и ползучести. -М.: Высшая школа 1968. 512 с.

2. Березин Б. И. Полиграфические материалы. Справочник. М.: Книга, 1978 -210 с.

3. Биткова К. М. Бесшовное скрепление книг. М.: Книга, 1965 - 170 с.

4. Биткова К. М. Кузнецова А.Ф. Брошюровано переплетное производство. -М.: Книга, 1990.

5. Бобров В. Ф. Влияние угла наклона главной режущей кромки инструментами на процесс резания металлов. М.: Машгиз, 1962 - 152 с.

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

7. Воробьев Д. В., Жуков И. А., Дубасов А. М. Брошюровано переплетные процессы : М.: Книга 1979.

8. Гах В. М. Повышение режущих свойств твердосплавного инструмента путем виброабразивной обработки: Автореф. дис. ., канд. тех. наук. -Ростов на Дону: РНСХ М, 1990. 16 с.

9. Гончаров В. М. Повышение стойкости режущих инструментов из быстрорежущей стали методом импульсной лазерной обработки: Автореф. дис. ., канд. тех. наук. Нижний Новгород, 1990. - 16 с.

10. ГОСТ 7016-82 Древесина. Параметры шероховатости поверхности. -Введ. 01.07.83. М.: Изд-во стандартов, 1985. - 6 с.

11. ГОСТ 9095-89 Бумага для печати типографическая. Технические условия. Введ. С 01.07.90. - М.: Изд-во стандартов 1989 - 9 с.

12. ГОСТ 25762-83 Обработка резанием. Термины определения и обозначения общих понятий. Введ. 01.07.84. - М.: Изд-во стандартов, 1985.-41 с.

13. Грановский Г. И., Грановский В. Г. Резание металлов. М.: Высш. Школа, 1985 -304 с.

14. Гуськов П. С. Филипов В. П. Кошелев Е. И. Бронировочно-переплетные машинос. М.: Книга, 1967 - 180 с.

15. Демьяновский К. И. Износостойкость инструмента для фрезерования древесины. М.: Лесная промышленность 1968. 128 с.

16. Ермаков Ю. М. Развитие способов ротационного резания С.5.6. Машиностроит. Пр-во. Сер. технология и оборудов. обработки металлов резанием : Обзорн. Информ. ВНИИ ТЭМР, вып. 3. М., 1989.

17. Ершов А. А., Никифоров А. В., Серебрянов В. И. Технологические возможности и перспектива применения различных методов упрочнения деталей машин. Серия 6-3. Технология металлообрабатывающего производства. М.: ВНИИ ТЭМР, 1985. - 48 с.

18. Землянский В. А., Лункин Б. В. Обработка высокопрочных материалов инструментами с самовращающимися резцами. Киев: Техника, 1980 120 с.

19. К. Бреббил, Ж. Теллес, Л. Вроубел. Методы граничных элементов. М.: Мир, 1987.- 310 с.

20. Коновалов Е. Г., Сидоренко В. А., Соуеь А. В. Прогрессивные схемы ротационного резания металлов, Минск: Наука и техника, 1972. - 272 с.

21. Круглов Е. И., Дарымов О. И. Прибор для измерения радиусов округления режущих кромок // Обработка резанием (технология, оборудование, инструмент). Экспресс информ. - М.: НИИмаш., 1981. -№4. -С. 28-31.

22. Ливинец Б. Г., Краношин В. С., Линецкий Я. Л, Физические свойства металлов и сплавов. 2-е изд., доп. и перераб. - М.: Металлургия, 1980. -320 с.

23. Лоладзе Т. Н. Износ режущего инструмента. М.: Машгиз, 1958. - 356 с.

24. Любченко В. И. Резание древесины и древесных материалов. М.: Машиностроение, 1986 - 240 с.

25. Любченко В. И. Дружков Г. Ф. Станки и инструменты мебельного производства: Учебн. для техникумов, М.: Лесн. Пром-ть, 1990 - 360 с.

26. Малыгин Б. В. Магнитное упрочнение инструмента и деталей машин. -М.: Машиностроение, 1969 112 с.

27. Мастеров В. А., Берковский В. С. Теория пластической деформации и обработка металлов давлением. 2-е изд., перераб и доп. - М.: Металлургия, 1976. 352 с.

28. Металлорежущий твердосплавной инструмент: Справочник / В. С. Самойлов, Э. Ф. Эйхманс, В. А. Фальковский и др. М.: Машиностроение, 1988. - 368 с.

29. Омельченко JT. А., Протасьев В.Б., Спиридонов Э. С. Влияние угла наклона режущей кромки на процесс резания бумажных блоков // Фундаментальные и прикладные проблемы технологии машиностроения. "Технология 2002". ОрелГТУ. 2002 г.

30. Омельченко JI. А., Протасьев В.Б., Спиридонов Э. С. Конструктивные параметры фрез и режимы резания при фрезеровании корешков бумажных блоков // Фундаментальные и прикладные проблемы технологии машиностроения. "Технология 2002". ОрелГТУ. 2002 г.

31. Омельченко JI.A. Выбор оптимальной марки твердого сплава при фрезеровании блоков бумажных изделий // Сборник научных трудов международной научно-технической конференции. "Технологические системы в машиностроении". ТУ ЛГУ. 2002 г.

32. Омельченко Л.А. Разрезка листов в стопе // Известия Тульского государственного университета, Машиностроение: Инструментальные системы прошлое, настоящее, будущее. ТУЛГУ 2003 г.

33. Подураев В. Н. Резание труднообрабатываемых материалов. М.: Высш. Школа, 1974-587 с.

34. Полевой С. М., Евдокимов В. Д. Обработка инструментальных материалов. Справочник технолога Киев: Техника, 1990. - 150 с.

35. Попов С. А., Малявский А. П., Терещенко JL М. Алмазно-абразивная обработка металлов и твердых сплавов. М.: Машиностроение, 1977. -263 с.

36. Попов С. А., Дибнер JI. Г., Каменкович А. С. Заточка режущего инструмента. М.: Высшая школа, 1970 - 315 с.

37. Прудников Е. JI. Инструмент с алмазно-гальваническим покрытием. М.: Машиностроение, 1985 - 95 с.

38. Развитие науки о резании металлов / В. Ф. Бобров, Г. И. Грановский, Н. Н. Зорев и др. М.: Машиностроение, 1972. - 413 с.

39. Рафиков Р. Ч. Исследование надежности и разработка рациональных режимов эксплуатации упрочненного быстрорежущего осевого инструмента: Автореф. дис. . канд. тех. наук. 1988 16 с.

40. Резник Н. Е. Теория резания лезвием и основы расчета режущих аппаратов. М.: Машиностроение. 1975. - 275 с.

41. Резник Н. Е. Острота лезвия и методы ее измерения // Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. 1973. - №1 - С. 48-51

42. Рейнер М. Реология. М.: Наука, 1965 - 223 с.

43. Семко М. Ф., Сустап Г. К., Дрожжин В. Н. Обработка резанием электроизоляционных материалов. М.: Энергия, 1974 - 176 с.

44. Соколовский И. А. Режущий инструмент для приборостроения. 3-е изд., перераб и доп. - М.: Машиностроение, 1982. - 208 с.

45. Справочник металлиста. В 5-ти т. Т.2 / Под. Ред. А. Г. Рахштадта, В. А. Бродстрема. М.: Машиностроение, 1976. - 720 с.

46. Степанов А. Б. Повышение эксплуатационных свойств металлообрабатывающих инструментов путем нанесения антифрикционных покрытий : Автореф. дис. . канд. тех. наук -Ленинград 1989. 17 с.

47. Торин А. А. Основные источники анализа и испытаний машин для трехсторонней обрезки. // научные труды, Сборник №2. М.: МЛИ, 1952.

48. Ферри Дж. Вязкоупругие свойства полимеров. М.: Иностранная литература, 1963. - 205 с.

49. Физические основы пластической деформации. Учеб. пособие для Вузов / Д. И. Полухин, С. С. Горелин, В. К. Воронцов. М.: Металлургия, 1982. -584 с.

50. Филиппов Г. В. Режущий инструмент. Ленинград: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1981. 392 с.

51. Фляте Д. М. Свойства бумаги. 3-е изд. М., 1986. 130 с.

52. Хаят Г. Л. Прочность режущего инструмента. М.: Машиностроение. 1975. - 167 с.

53. Хасанов С. М. Повышение производительности механической обработки посредством магнитного воздействия на режущий инструмент избыстрорежущей стали. Автореф. дис. . кажд. тех. наук. Ленинград 1988 - 17 с.

54. Цвирко Г. Л. об износе резцов при точении с малыми подачами // Станки и режущие инструменты. Вып. 11 Харьков, 1969. С. 40-43.

55. Шевченко Н. А. Круглов Е. И. Влияние микрогеометрических параметров режущих поверхностей на износ инструмента // надежность режущего инструмента. Вып. 2 отв. Ред. Г. Л. Хаят. Киев - Донецк, «Вища школа», 1975. С. 177-182

56. Шпичной Б. П. Механическая обработка пластмасс. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение. 1987 - 152 с.

57. Киричек А.В., Звягина Е.А. Эпиламирование нанотехнология для повышения эффективности механической обработки // Справочник. Инженерный журнал. -2007. - №2. - С. 15-18.

58. Киричек А.В., Звягина Е.А. Условия рационального использования покрытий эпиламов и их влияние на процесс резания при сверлении // Известия ТулГУ. Технология машиностроения. 2006. - С. 172-180.