автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Повышение эффективности использования твердосплавного инструмента на основе критерия предельного износа и параметрической оптимизации процесса чернового точения

Введение.

ГЛАВА 1.Обзор литературы по изучаемой проблеме и постановка задачи.

1.1. Предельная работоспособность режущего инструмента.

1.2. Исследования контактных процессов при обработке резанием.

1.3. Исследования процесса изнашивания режущего клина.

1.3.1 .Характеристика изнашивания режущего инструмента.

1.3.2. Описание механизма процесса изнашивания режущего инструмента.

1.3.3. Экспериментальные методы исследования износа на гранях режущего клина.

1.4. Исследования напряженно-деформированного состояния режущего клина и расчета его прочности.

Выводы по первой главе.

Цели и задачи исследования.

ГЛАВА 2. Теоретико-экспериментальная модель процесса изнашивания режущего инструмента при точении.

2.1. Расчет контактных напряжений на передней грани режущего клина.

2.2. Экспериментальная проверка расчета контактных напряжений на передней поверхности резца.

2.3. Аналитическое определение параметров изношенной поверхности передней поверхности режущего инструмента при черновом точении.

2.4. Моделирование контактных явлений на задней грани режущего клина инструмента.

2.5. Обобщенный алгоритм изнашивания режущего инструмента по передней и задней поверхностям.

2.6. Экспериментальное исследование геометрических параметров износа режущего инструмента.

2.6.1. Принципы действия и конструкция оптического прибора для измерения геометрии режущего инструмента.

2.6.2. Экспериментальное определение параметров износа методом теневого сечения.

Выводы по второй главе.

ГЛАВА 3. Обоснование критерия предельной работоспособности режущего инструмента на операциях точения.

3.1. О потере работоспособности режущего клина.

3.2. Влияние износа инструмента на напряженное состояние режущего клина.

3.3. Методика определения опасных точек на поверхностях режущего инструмента.

3.4.Алгоритм расчета предельной работоспособности твердосплавного металлорежущего инструмента по критерию прочности.

Выводы по третьей главе.

ГЛАВА 4. Параметрическая оптимизация процесса чернового точения.

4.1. Вероятностная модель стойкости твердосплавных резцов.

4.1.1 Причины отказов режущего инструмента.

4.1.2. Модель расчета статистических характеристик стойкости твердосплавного резца.

4.1.3.Модель расчета статистического распределения геометрических параметров изношенного резца.

4.1.4. Алгоритм расчета статистических характеристик процесса изнашивания твердосплавного резца.

4.1.5.Методика обоснования предельного износа режущего клина на основе вероятностной модели стойкости.

4.2. Алгоритм расчета рациональных режимов резания и геометрии инструмента и выбора наилучшего для использования материала по экономически обоснованному критерию предельного износа.

Выводы по четвертой главе.

Среди важных проблем стоящих в настоящее время перед отечественной машиностроительной промышленностью одно из первых мест занимает проблема повышения технико-экономической эффективности использования твердосплавного инструмента на операциях чернового точения. Актуальность исследования процессов точения объясняется тем, что эти процессы составляют наибольшую долю среди основных методов лезвийной обработки материалов.

Из практики известно, что наибольший объем токарных операций приходится на черновую обработку. Немаловажно и то, что при черновой обработке на инструмент действуют максимально возможные термомеханические нагрузки, что приводит к более интенсивному износу и, как следствие, к повышенному расходу твердого сплава. А это в современных кризисных условиях недопустимо. Поэтому повышение эффективности черновых операций и снижение затрат, связанных с эксплуатацией режущего инструмента является актуальной задачей.

Для повышения технико-экономической эффективности использования твердосплавного инструмента на операциях чернового точения необходимо с высокой степенью достоверности определять критерий предельного износа резца и на основе его прогнозировать период стойкости при заданной или экономически обоснованной вероятности безотказной работы металлорежущего инструмента. Таким образом, изучение факторов, влияющих на стойкость режущего инструмента, является важной научной задачей.

Для достоверного определения стойкости режущего инструмента необходимо решить задачу математического моделирования процесса изнашивания и изучить влияние этого процесса на работоспособность режущего инструмента. Следует отметить, что в условиях черновой обработки кроме износа задней поверхности необходимо учитывать влияние износа передней поверхности режущего клина, так как он значителен и вносит существенные изменения в процесс резания.

На основе прогнозирования стойкости твердосплавных резцов решается задача параметрической оптимизация механической обработки по экономическим критериям. Актуальность назначения наиболее рациональных режимов обработки, геометрии инструмента и марки инструментального материала, исходя из минимизации затрат на обработку с учетом накладываемых технологических ограничений, не вызывает сомнения.

Научная новизна.

1. Разработано достоверное математическое обеспечение для компьютерного моделирования процесса изнашивания контактных поверхностей твердосплавного режущего инструмента на основе положений энергетической теории износа для операций чернового точения с учетом изменения контактных напряжений и температур в результате нарастающего износа.

2. Предложены критерий предельного износа резца основанный на анализе изменяющегося в процессе резания напряженного состояния режущего инструмента и методика его определения.

3. Разработана методика прогнозирования стойкостных характеристик резца по предложенному критерию предельного износа.

4. Получена математическая модель для научно обоснованного прогнозирования вероятности безотказной работы режущего инструмента с учетом развивающегося в процессе резания износа резца при черновом точении.

Методы проведения исследования. Теоретические исследования базировались на основных положениях механики твердого тела, механики контактных взаимодействий, трибоники, термодинамики, теории резания материалов. Использовался математический аппарат численных методов нелинейного программирования. Экспериментальные исследования проводились с использованием установки измерения сил резания на базе универсального динамометра УДМ-600, прибора теневого сечения для неразрушающего контроля износа режущего клина.

Практическое значение и реализация результатов работы. 1 .Разработана автоматизированная система для определения оптимальных режимных условий обработки, углов заточки режущего инструмента, выбора рациональной марки инструментального материала по экономическому критерию на операциях чернового точения, обеспечивающая научно обоснованное и целенаправленное повышение результативности черновой обработки материалов. 2. Результаты внедрены на ОАО «ЭКСКО» г. Кострома и на ЗАО «Раскат» г. Рыбинск.

Апробация работы. Результаты исследования докладывались и обсуждались на конференциях: 6

Научно-техническая конференция молодых ученых Костромского государственного технологического университета — г. Кострома (1997);

Международная научно-техническая конференция «Актуальные проблемы переработки льна» Секция проблемы автоматизации инженерного труда в машиностроении - г. Кострома (1998);

Всероссийская научно-техническая конференция «Повышение эффективности механообработки на основе аналитического и экспериментального моделирования процессов» Секция моделирование процессов лезвийной обработки - г. Рыбинск (1999 г.);

Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических семинарах кафедры «Станки и инструмент» РГАТА и на кафедре «Технологии машиностроения» Костромского ГТУ и Ярославского ГТУ.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 5 печатных работ.

Структура и объем работы. Работа состоит из оглавления, введения, четырех глав, общих выводов, списка использованных источников. Содержит 140 стр., 49 рисунков, 7 таблиц и 3 приложения. Список использованной литературы включает 89 наименований.