автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Повышение эффективности лезвийной обработки композиционных углепластиков на основе учета их физико-механических характеристик

На правах рукописи

ИВАНОВ Олег Анатольевич

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЛЕЗВИЙНОЙ ОБРАБОТКИ КОМПОЗИЦИОННЫХ УГЛЕПЛАСТИКОВ НА ОСНОВЕ УЧЕТА ИХ ФИЗИКО - МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

Специальность 05.03.01 - Технологии и оборудование механической

и физико — технической обработки

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2006

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургский институт машиностроения (ЛМЗ - ВТУЗ)

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент

Петров Владимир Маркович

Официальные оппоненты: заслуженный деятель науки и техники РФ

Ведущая организация: Институт проблем машиноведения РАН (С-Петербург).

Защита состоится 13 ноября 2006 года в 16 час. 00 мин. в аудитории 232 главного учебного корпуса на заседании диссертационного совета К 212.222.01 при Санкт-Петербургском институте машиностроения (ЛМЗ-ВТУЗ) по адресу: 195197, г. Санкт-Петербург, Полюстровский пр., 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского института машиностроения.

Автореферат разослан 13 октября 2006 г.

доктор технических наук, профессор Вейц Владимир Львович кандидат технических наук Печенюк Андрей Петрович

совета д.т.н., профессор

Ученый секретарь диссертационного

Актуальность темы. Современный технический прогресс требует от применяемых конструкционных материалов высоких эксплуатационных свойств. Существующие материалы, в том числе металлы и их сплавы, не в состояние удовлетворить возросшим требованиям по прочности, износостойкости, долговечности. Поэтому широкое применение получают композиционные материалы. Достоинствами композитов являются: высокие удельные прочностные и упругие характеристики; стойкость к агрессивным химическим средам; низкая тепло- и электропроводность; уникальные триботехнические характеристики (низкий коэффициент трения, высокая износостойкость, способность сохранять работоспособность в режиме сухого трения и др.). Указанные свойства позволяют успешно применять их в промышленности и на транспорте. К таким материалам относятся композиционные углепластики марок ФУТ и УГЭТ, обладающие различными структурой и свойствами. Данный материал относится к углепластикам триботехнического назначения, и целесообразно используется в узлах трения энергетических установок и транспортных машин. Заготовительные операции из композиционных материалов не в состоянии обеспечить требуемой точности и качества поверхности, поэтому в производстве приходится использовать дополнительные способы механической обработки. Процесс механической лезвийной обработки углепластиков в настоящее время практически целиком не изучен. Применительно к современному авиа- и судостроению известны некоторые работы, в которых рассмотрены частные вопросы механической обработки композиционных материалов. Поэтому при расширении областей использования углепластиков в различных отраслях народного хозяйства актуальной является разработка более научнообоснованной технологии механической лезвийной обработки композиционных материалов.

Цель работы: Основной целью исследований, выполненных в работе, является повышение эффективности лезвийной механической обработки заготовок из композиционных углепластиков на основе моделирования процесса резания с дифференцированным учетом их физико - механических характеристик.

В работе была поставлена совокупность следующих частных задач: 1. На базе накопленного опыта расчетно-экспериментальных работ синтезировать иформотивно-содержательную модель процесса резания лезвийным инструментом в качестве основы для проведения комплекса исследований.

2. Разработать экспресс - методы, определения качества лезвийной механической обработки, учитывающие, с необходимой полнотой физико-механические характеристики материала заготовки — композиционного углепластика и инструментального материала на основе имитационного моделирования упругопластической задачи при контактном взаимодействии инструмента с заготовкой.

3. Разработать эффективные методики и предложить соответствующие средства производственных испытаний физико-механических характеристик углепластиков.

4. Выполнить комплекс экспериментальных исследований с целью обоснования и достоверной оценки правильности предложенных в работе технических решений.

5. Разработать автоматизированную систему приспосабливаемости (адаптации) лезвийной обработки к условиям производства с целью обеспечения рациональных режимов резания с дифференцированным учетом физико-механических характеристик композиционных углепластиков.

6. Выполнить технико-экономический анализ эффективности внедрения в промышленности разработанных методик и средств, направленных на повышение производительности и качества лезвийной обработки заготовок из композиционных углепластиков.

Объект исследования. Объектом исследования в диссертации являются процесс лезвийной обработки композиционных углепластиков с заданными производительностью и качеством обработанной поверхности.

Методы исследований, достоверность и обоснованность результатов. В работе использованы основные положения динамики технологических систем механической обработки, основные положения теории резания и изнашивания инструментальных материалов, методы системного анализа и математической статистики, оптимизации динамических параметров пары «инструментальный - обрабатываемый материал». Теоретические положения и выводы, подтверждены экспериментально и положительными результатами применения в производственных условиях. Достоверность результатов исследования контактных взаимодействий режущего лезвийного инструмента с композиционным углепластиком подтверждена удовлетворительным соответствием результатов с основополагающими решениями, полученными в работах по процессам резания неметаллов, как собственных, так и результатами исследований других авторов. Новизна выполненных

технических решений подтверждается соответствующими техническими актами, приложенными в работе.

Основные положения выносимые на защиту:

1. Модель процесса разрушения композиционного углепластика, учитывающую с необходимой полнотой физико-механические характеристики обрабатываемого материала и особенности процесса лезвийной обработки.

2. Реологическую модель разрушения композиционного углепластика в процессе резания лезвийным инструментом.

3. Методику оценки триботехнических характеристик пары «инструмент -заготовка из композиционного углепластика».

4. Разработанную методику экспериментального определения упругого последействия композиционного материала на заднюю поверхность лезвийного режущего инструмента.

5. Алгоритм выбора рационального способа лезвийной обработки композиционных углепластиков.

6. Полученные результаты экспериментальных исследований на основе предложенных методик и внедрения в производственных условиях.

Научная новизна. Предложена научно обоснованная модель процесса лезвийной обработки точением композиционных углепластиков в качестве основы для выполнения комплекса исследований по достижению заданной размерной точности обработки, качества поверхностного слоя и выбора эффективных методов повышения производительности механической обработки.

Применен новый экспресс-метод определения физико-механических характеристик композиционного углепластика методом внедрения алмазного индентора в поверхность.

На основе предложенной модели разработан алгоритм адаптации лезвийной обработки заготовок из композиционных углепластиков типа тел вращения, позволяющий на этапе проектирования механической обработки учесть влияние на процесс резания основных физико-механических характеристик обрабатываемого материала. Установлены зависимости между глубиной внедрения индентора и физико-механических характеристик обрабатываемого материала.

Практическая ценность работы:

Разработанная система программной адаптации токарной обработки заготовок из композиционного углепластика позволяет обеспечить высокую производительность обработки при жестких ограничениях по размерной точности и качеству поверхностного слоя.

5

Система работает совместно со стендами и машинами трения, измерительно-вычислительными комплексами (ИВК) «Твердость», «Профиль», «Latimet Automatic» а также с приборами и комплексами оценки основных физико-механических характеристик традиционными методами испытания, позволяющими с необходимой полнотой оценить состояние поверхностного слоя обработанных изделий.

Личный вклад автора. В диссертации изложены результаты исследований, полученные автором самостоятельно, а также совместно с сотрудниками ПИМаш - В.М. Петровым, Е. Н. Белецким, С.Н. Безпальчуком.

При этом лично автору принадлежат:

• выбор и обоснование направления исследований; постановка задач и разработка методологии исследований; планирование и проведение экспериментальных работ, связанных с оценкой физико-механических свойств композиционных углепластиков, экспериментов на металлорежущем оборудовании и комплексной оценки параметров качества на приборах и ИВК\

• синтез реологической модели разрушения композиционного углепластика в процессе резания лезвийным инструментом в качестве основы для проведения последующих исследований;

• обобщение результатов экспериментальных исследований, построение на их основе моделей и установление основных закономерностей исследуемых процессов;

• разработка и внедрение алгоритма повышения эффективности механической лезвийной обработки заготовок из композиционных углепластиков.

Реализация результатов. Предложенные методы комплексной оценки физико-механических свойств композиционных углепластиков с целью выбора рациональных режимов резания, повышение эффе!сгивности механической обработки и качества обработанной поверхности заготовок. Результаты нашли применение в машиностроении на операциях механической лезвийной обработки (ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей», ОАО «Силовые машины» J1M3, ЗАО Завод «Композит»).

Материалы диссертации внедрены в учебный процесс и использованы при подготовке профилирующих дисциплин на технологическом факультете ГОУ ВПО ПИМаш, таких, как:

• «Резание, станки и инструменты» - по разделу «Обработка лезвийным инструментом композиционных материалов».

• «Взаимозаменяемость и стандартизация» и «Метрология» — по разделу «Методы и средства контроля параметров точности и качества».

• «Основы технологии машиностроения» - по разделу «Влияние параметров точности и качества обработанных заготовок из композиционных материалов на основные эксплуатационные характеристики пар трения».

Апробация работы и публикации. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались в период с 2002 г. по 2006 г. на ряде научно -технических конференций, симпозиумов, совещаний и семинарах: «Полимерные композиты в триботехнике. Проблемы создания и применения. Опыт эксплуатации», С-Петербург, ЦНИИ КМ «Прометей» (2005); «Современное оборудование и оснастка машиностроительного производства», С-Петербург (2006); Международном симпозиуме по транспортной триботехнике «Триботехника на транспорте»; «Транстрибо - 2005» СПбГПУ, С-Петербург, (2005); на научно-технических семинарах ПИМаш (2005-2006).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 5 печатных работ.

Объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из 110 наименований и содержит 130 страниц текста, включая 12 таблиц, 47 рисунков и два приложения, которые подтверждают работоспособность разработанных алгоритмов и эффективности внедрение результатов диссертационной работы на отраслевом уровне.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Показана актуальность темы, сформулированы цель и задачи диссертационной работы; раскрыта ее научная новизна и практическая значимость; представлены основные положения, выносимые на защиту, аннотировано ее содержание по главам.

Первая глава. Посвящена анализу результатов исследований в области лезвийной обработки неметаллических материалов. Показано, что исследования режущего инструмента и резания неметаллов начались в первой половине XIX века. Теория резания неметаллических материалов, заимствовала методы исследования и законы резания из теории обработки металлов и часто формально переносила их в практику обработки пластмасс, текстолита, кожи и других неметаллов. Известные до 1930 г. некоторые сведения о величине усилий при статическом прорезании материалов не могли удовлетворить запросов развивающегося отечественного машиностроения. Поэтому в Центральном научно-исследовательском институте кожевенной промышленности (ЦНИКП), в Ленинградском политехническом институте, в Московском технологическом институте

7

легкой промышленности (МТИЛП) и на обувной фабрике «Скороход» было проведено большое количество работ по вырубанию, вырезанию, фрезерованию, двоению, точению и другим процессам обработки резанием неметаллов. Исследователи К. М. Платунов и Д. М. Сидоров, впервые определили усилия, действующие при вырубании и сопротивлении кожи и других неметаллических материалов при различных углах заострения резаков и различных затуплениях их. Первыми работами по прорезанию материалов были исследования, проведенные в ЦНИКП Л. Я. Шурановым и Г. Ф. Гебелем. Л. Я. Шуранов и Г. Ф. Гебель провели исследования прорезания неметаллических материалов (кожи, резины, пластической кожи, картона и гранитоля) и установили силы резания и мощность, необходимые для вырезания, сдвига и сжатия. В работах И. И. Капустина представлено детальное описание процессов резания неметаллов. В его работе проведены экспериментальные и теоретические исследования фрезерования при обработке поверхности обувных изделий. Полученные результаты могут быть ограниченно использованы также для точения, строгания и других операциях обработки композиционных материалов. С наступлением в стране рыночных отношений на рынок поступило большое количество новых конструкционных материалов, в число которых попали композиционные углепластики ФУТ и УГЭТ. Указанные материалы обладают высокими триботехническими свойствами, что определяет специфику процесса лезвийной обработки. Для расширения сферы применения данных композиционных материалов возникла задача повышения эффективности лезвийной обработки.

Анализ литературных данных дает представление о механизме процесса резания неметаллических материалов с волокнистой структурой.

В наибольшей степени высокие функциональные свойства композиционных углепластиков проявляются после оптимизации лезвийной обработки при учете особенностей технологической среды, обрабатываемого материала, режущего инструмента и условий обработки на конкретной операции. В соответствии с этим сформулированы цель и поставлены задачи исследований, представленные выше.

Вторая глава. Посвящена описанию структуры и свойств композиционных углепластиков. Приведены свойства как композита в целом, так и его составляющих. Рассматривается зависимость физико-механических свойств от структуры и типа армирования. Анизотропия свойств зависит от способа армирования, который определяет пространственное расположение армирующих волокон в матрице.

Рис. 1. Схема направлений армирований углепластика, (1) -направление вдоль основы армирующей ткани, (2) - направление вдоль утка армирующей ткани, (3) - направление трансверсальное плоскости армирующей ткани

На рис. 1 представлена схема строения углепластика, из которой следует, что углепластики являются ортотропными в осях, совпадающими с направлениями армирования (1 - направление по основе (х), 2 - направление по утку (у), 3 — трансверсальное направление (г)). Величина модуля упругости Юнга для всех направлений в композиционных углепластиках ФУТ и УГЭТ приведены в табл. 1.

Таблица 1

Модуль нормальной упругости, МПа ФУТ УГЭТ

в плоскости листа, по основе Е1 17000 18000

в плоскости листа, по утку Ег ' 12000 13000

в трансверсальном направлении Е3 8000 8500

На основании обзора литературных данных можно вывести зависимость между напряжениями и деформацией, представленную на рис.2.

а.НПа

Ю-

Чк I 8

Р?

й

Рис. 2. Схема армирования композита - а, зависимости между напряжениями и деформациями при растяжении - б: 1 - 0°; 2 - ±10°;3 - 0,90°; 4 - ±45°; 5 - 90°

В данной главе представлены методики расчета основных физических параметров и их зависимость от способа армирования и адгезии материала матрицы к армирующему волокну. Данные зависимости необходимы для решения задач механической лезвийной обработки заготовок.

Для углепластиков характерна значительная анизотропия теплофизических свойств. Значение коэффициента -теплопроводности изменяется в диапазоне 0,7....38 Вт/м-К. Анизотропия теплофизических свойств объясняется значительным различием в теплопроводности полимерной матрицы и углеродных волокон. В главе рассмотрены процессы взаимодействия режущего инструмента и заготовки с учётом особенностей физико-химических свойств обрабатываемого материала.

а б

Рис. 3. Основные виды износа твердосплавного инструмента

а - Поверхность инструмента после 30 с обработки на режимах У= 95 м/мин, х0= 0.2 мм/об. / = 1 мм. и зоны характерные зоны контактного взаимодействия: 1 - зона фрикционного воздействия; 2 -зона термического воздействия; 3 - зона химического воздействия. б - Поверхность режущего инструмента после 3 минут обработки на тех же режимах

Результаты влияния физических и химических процессов при резании на инструмент, его износ и разрушение показаны на рис.3. Из фотографий видно, что износу подвержены задние поверхности инструмента вследствие фрикционного, термического и химического воздействия. Физический фактор, это следствие упругого восстановления поверхности после прохождения режущей кромки инструмента. Термическое воздействие на инструмент приводит к появлению термических трещин и является следствием низкой теплопроводности обрабатываемого материала. Химический фактор проявляется при разложении матрицы и армирующего волокна в зоне резания и действии активных продуктов деструкции на поверхность инструмента. Данные активные вещества адсорбируются на поверхности инструмента и

10

образуют нарост (рис.3) Взаимодействие и с задней поверхностью инструмента образует прочное соединение. Увеличение объема нароста приводит к уменьшению заднего угла инструмента и повышению площади контакта, следовательно, происходит увеличение сил резания и температуры на задней поверхности инструмента. При достижении критического объема нароста происходит его отрыв с частью материала задней поверхности инструмента. Влияние процесса наростообразования так же происходит и при обработке заготовок многолезвийным инструментом (рис.4).

а б

Рис. 4. Вид поверхности кольцевого алмазного сверла на металлической связки после обработки композиционных углепластиков: а - Режущая

поверхность покрытая элементами деструкции композиционного углепластика; б - Наличие на режущей поверхности нароста и частиц армирующего волокна

В главе отображена поверхность композиционного углепластика после механической обработки, выделены фрагменты микро рельефа поверхности.

Показаны основные дефекты поверхности, которые являются следствием неправильно подобранных режимов механической обработки, схемы лезвийной обработки и непосредственно физико-химических особенностей композиционного углепластика. К наиболее распространенным дефектам относятся: прижоги на поверхности; расслоения материала, вырыв материала и шаржирование материала инструмента в поверхность заготовки (рис. 5).

а б в

Рис. 5. Дефекты поверхности после механической обработки: а — расслоение материала при выходе сверла, б — результат термического воздействия, в - часть матрицы с армирующим волокном вырванных с поверхности заготовки 11

На основе анализа данных изложенных во второй главе можно обозначить основные пути повышения эффективности обработки композиционных углепластиков, учитывая их специфические физико-механические свойства и особенности лезвийной обработки.

Третья глава. Представлена теоретическая часть работы. Показана зависимость нормального модуля материала, напряжения разрушения и других физико-механических показателей от структуры композиционного углепластика при разрушении обрабатываемого материала в ходе лезвийной механической обработки.

Обработка композиционных углепластиков резанием лезвийным инструментом является в настоящее время наиболее распространенным методом окончательного формообразования поверхностей изделий. Устойчивость процесса резания в широком диапазоне технологических режимов определяет требуемое качество поверхностного слоя и точность изделий. Динамическая характеристика процесса резания представляет собой зависимость изменения силы резания от вызвавшего это изменение относительное смещение основополагающей заготовки и инструмента. Данный подход подробно рассмотрен в основополагающей работе В.А. Кудинова. Дальнейшее развитие метод получили в модели М.Е.Эльясберга, работах В.Л. Вейца и Д.В. Василькова, В.В. Максарова. В моделях, предложенных указанными авторами, вводится также динамическая характеристика процесса трения. Модель включает две подсистемы (заготовки и инструмента), связь между которыми осуществляется через процесс резания. При описании процесса трения, сопровождающего резание, впервые вводится дифференцированный учет характеристики трения на основе использования молекулярно-механического представления о контактном взаимодействии между режущим инструментом и стружкой в виде двухчленного закона трения.

В диссертации представлена реологическая модель разрушения композиционного углепластика при лезвийной обработке. Физические свойства деформируемого материала наглядно отображены в виде некого механического аналога - реологической элементной модели, представленного определенной совокупностью механических элементов: упругости, вязкости и пластичности. Каждый из них и их определенное сочетание характеризуют основные свойства материала и позволяют представить напряженно-деформированное состояние материала под действием внешних сил.

В своих работах В.М. Петров использовал реологические модели разрушения применительно к процессам резания композиционных углепластиков. Для отображения реологических свойств композиционных

12

материалов они представлены состоящими из отдельных механических элементов-моделей. Простейшими из них являются модель модель Гука (упругий элемент), модель Ньютона (вязкий элемент) и тело Сен-Венана. Сочетанием простейших моделей можно отобразить более сложные свойства. В упрощенном виде реологический процесс разрушения и стружкообразования в процессе механической лезвийной обработки представим в виде упрощенной схемы согласно рис. 6. Данную схему можно считать как одну из рабочих гипотез, отображающих реологические процессы, протекающие при резании углепластиков.

Рис.6. Реологическая модель процесс разрушения и стружкообразования в процессе механической лезвийной обработки композиционных углепластиков

Внешняя сила Р, которая создает в материале заготовки напряжения, необходимые для осуществления процесса резания, это радиальная составляющая силы резания сила Ру. Величина с/ - это упругая характеристика технологической системы механической обработки. Упругое противодействие со стороны обрабатываемого материала характеризует накопление энергии в упругом элементе с1 Если напряжения в зоне контакта превысят допустимую величину Одоп., процесс перейдет в зону 1. Зона 1, состоящая из двух параллельно работающих элементарных моделей, это модель Сен-Венана и модель Ньютона ((¡¡). При силовом воздействии, режущего инструмента в материале происходят процессы одновременного пластического течения, сопровождающегося в дальнейшем разрывом матрицы и тканевой основы. Зона 2 - представляет собой зону необратимых изменений в обрабатываемом материале (модель Фойгга - Кельвина). Элементы данной зоны отображают упруго-вязкую деформацию, возникающую за счет изменения сил контактного взаимодействия инструмента и обрабатываемой заготовки.

В данной главе рассмотрен процесс взаимодействия инструмента и

заготовки. На основании процессов износа инструмента, рассмотренных во второй главе, сделан вывод о том, что наибольшее влияние на износ инструмента и обработанную поверхность оказывает величина заднего угла инструмента. Для уменьшения площади контакта необходимо определить величину деформации поверхности заготовки под действием режущего клина инструмента. В работах, провидимых И. И. Капустиным по резанию неметаллов, имеющих волокнистую структуру, рассмотрен процесс воздействия инструмента на обрабатываемую поверхность. Математически описана изогнутая поверхность заготовки под действием режущего клина (рис.7).

Рис. 7 Деформация поверхности заготовки под режущим клином инструмента: 1-режущий клин инструмента, 2-касательна к деформированной поверхности образца, 3- деформированная поверхность

Приведено параметрическое уравнение изогнутой поверхности

х = г + «(^,г); (1)

у = (2)

где: г-расстояние от центра приложения силы до точки в которой необходимо определить деформацию, мм; и, у-величина деформаций поверхности в точки находящейся на расстояние г от центра приложения силы по соответствующим координатам, мм . •

Вывод данной формулы основан на использовании теории контактного взаимодействия в частности решении задачи Фламера. Данные уравнения лежат в основе определения угла наклона касательной к этой поверхности, чтобы исключалось трение между задней поверхностью инструмента и обрабатываемым материалом. При этом необходимо, чтобы задний угол был больше, чем угол наклона касательной.

tga > со! ga

Е

(3)

'гпах

где Од - угол между равнодействующей силой резания Я и осью оу ( силой Ру), как показали практические опыты <%,=30...55°; Е- модуль нормальной упругости, МПа; (ог)тах- максимальное значение нормального напряжения, при котором материал имеет упругие деформации, МПа.

В том случае, когда задний угол а невелик, материал прижимается к задней поверхности инструмента. Это ведет к увеличению силы резания, так как возникают силы трения между материалом и задней поверхностью инструмента. В результате наблюдается нагревание инструмента, задняя поверхность, которого взаимодействует с поверхностью полученной после обработки. При этом часто возникает нежелательное «засаливание» поверхности или образуются прижоги материала.

Сила, действующая на инструмент от упругого последействия материала, зависит от заднего угла и от упругих свойств материала и выражается зависимостью:

где: с - коэффициент определяющий усилие вздействующие на инструмент со стороны заготовки при условии того, что возникающие напряжения не выходят за рамки зоны упругих деформаций, Н/мм; Ъ — ширина режущего клина инструмента, взаимодействующего с заготовкой, мм. Четвертая глава. Для оценки процессов лезвийной обработки выполнен комплекс экспериментальных исследований. Проведены исследования процесса однолезвийной токарной обработки резцами композиционного углепластика. Целью данных исследований являлась оценка динамики сил резания в зависимости от условий обработки, определения вид износа инструмента, качества обработанной поверхности и других параметров обработки. Исследования проводились на токарно-винторезном станке 16К20. Контроль силы резания осуществлялся с использованием динамометра УДМ-600, оснащенного тензоэлементами. Сигнал с тензодатчиков обрабатывается при помощи тензоуселителя «Топаз-3-01». Выходной сигнал преобразовывался и усиливался, а затем обрабатывался внешним аналого-цифровым преобразовательным модулем Е14-440. Далее, сигнал обрабатывается при помощи ПЭВМ и пакета прикладных программ (рис.8). На данном оборудовании производился контроль сил резания, процесса износа инструмента и других параметров процесса резания. В ходе данных

Р = сЬ^а —, 2 ^а

(4)

экспериментов были получены зависимости силы резания от режимов резания, выявлена сущность процесса износа инструмента. С помощью ПЭВМ осуществлена расшифровка данных, полученных с внешних устройств.

Рис.8. Система сбора данных: а - динамометр УДМ-600; б - аппаратная

часть; в - структурная схема: 1 - резец, 2 — заготовка, 3 — динамометр УДМ - 600,4 - тензоусилитель «ТОПАЗ 3-01» 5 - усилитель - преобразователь, 6 - аналог цифровой преобразователь Е14-440, 7 - ПЭВМ.

Контроль контактных процессов, происходящих в зоне резания, производился на машине трения. Целью данных исследований явились оценка контактных процессов, происходящих в зоне резания, оценка коэффициента трения. Исследование осуществлялось на базе токарно-винторезного станка 16К20. Контроль силовых параметров испытания выполнялся при помощи оборудования, применяемого в предыдущих испытаниях. Исследования производились • на специальном устройстве, закрепленном на шпинделе станка.

Оценка физико-механических параметров производилась с использованием ИВК «Твердость». Целью данных исследований явилось определение основных физических констант и коэффициентов, используемых в процессе моделирования процесса резания и разрушения композиционного углепластика.

ИВК «Твердость» предназначен для определения микротвердости непосредственно под нагрузкой. Диапазон измеряемых твердостей от 1 до 8000 Н/мм2. Прибор снабжен механизмом нагружения, диапазон усилий 0,05...2 Н. В качестве индентора использованы алмазные наконечники (четырехгранный, трехгранный, ромбичекий, бицилиндрический). ИВК имеет в своем составе: электронно-механический блок; микропроцессорный контроллер, связанный с ПЭВМ. Пакет прикладных программ. ПЭВМ управляет процессом нагружения (разгружения). Закон нагружения (его параметры - скорость, время, цикл) задается оператором перед началом

а

б

в

испытания. ИВК «Твердость» позволяет получить ряд параметров, характеризующих физико-механические характеристики исследуемого материала: ползучесть; величину упругого восстановления; внутренние напряжения в поверхностном слое; микротвердость HV.

Контроль качества поверхности, в частности микрогеометрии обработанной поверхности, осуществлялся при помощи измерительно-вычислительного комплекса «Профиль». ИВК «Профиль» предназначен для измерения параметрических характеристик микрогеометрии профиля поверхности (Ra, Rz, Rq, Rm, S, Sm, tp и др.), а также оценки волнистости (Wa — средним арифметическим отклонением профиля волн, !Уг - средней высотой волн, tpw — относительной опорной длины профиля волн, Smw — среднего шага волн, Smm — текущего значения шага волн; RwCP - среднего радиуса выступов волн). Кроме этого, имеется возможность оценки параметров кривой Аббота-Файерстоуна по стандарту DIN 4776 (RPK — усредненная высота выступов, Rk - глубина неровностей профиля внешней поверхности, Rvk - усредненная глубина впадины профиля, определяющих смазывающую способность поверхности). Комплекс включает в свой состав стандартный прибор измерения шероховатости типа Калибр 201, 250, 252, 283 или любой другой модификации; аналого-цифровой преобразователь связи с ПЭВМ; пакет прикладных программ.

Визуальная оценка поверхности заготовки и режущей поверхности инструмента производилась при помощи ИВК «Latimet Automatic», предназначенного для визуализации и измерения поверхностей объектов с точностью до 0,001 мм. ИВК «Latimet-Automatic» относится к классу оптических микрометров. Данный прибор позволяет рассматривать объекты, как в отраженном свете, так и исследовать поверхности на просвет. Комплекс состоит из микроскопа; электронно-измерительного блока; блока коррекции; блока настройки размеров; телевизионной камеры; видеомонитора, а также микропроцессорного контроллера и ПЭВМ. Микроскоп позволяет рассматривать объекты с увеличением: 50, 100, 200, 500, 1000 крат. Программный комплекс позволяет проводить статистический анализ измеренных и занесенных в базу данных объектов. Данным способом была проведена оценка процесса износа инструмента и контроль поверхностного слоя материала.

В данной главе описаны методики измерения и тарировки измерительных стендов и комплексов. Полученные данные дают представление о природе взаимодействия режущего инструмента и заготовки. Получена зависимость силы резания от различных условий обработки, оценены величина и характер износа режущей поверхности инструмента. Экспериментальные исследования

17

производились с задним углом, меньше расчетных величин согласно формулам, предложенным в четвертой главе, (с увеличенным значением силы резания).

Вычисления коэффициента с и других физических параметров (модуля Юнга и коэффициента Пуансона) можно комплексно осуществить, используя ИВК «Твердость».

Полученные экспериментальные данные подтверждают теоретические данные, рассмотренные в третьей главе.

Пятая глава. Представлено сопоставление экспериментально полученных данных с результатами теоретических прогнозов. Теоретические прогнозы подтверждены данными экспериментов по изучению процесса стружкообразования в процессе резания композиционных углепластиков. Эксперименты, проводимые в рамках данной работы многократно при различных схемах лезвийной обработки и на различных режимах, позволили подтвердить правомерность реологической модели разрушения с точки зрения процесса формирования сил резания в ходе механической обработки. На рис. 9 приведен график изменения составляющих силы резания во времени при токарной обработке композиционного углепластика. Реологическая модель в данном случае будет справедлива для этапа врезания инструмента в заготовку. До точки /, процесс резания находится вне первой зоны увеличения силы по всем координатам и сопровождается деформацией упругого элемента системы С\ при достижении контактных напряжений критической величины а„оп. В момент времени происходит процесс разрушения материала, сопровождающийся поглощением, энергии элементами и Р/, накопленной в элементе С!. Указанное является причиной снижения силы резания и разрушения матрицы композита. Данный процесс продолжается по времени до точки //. Далее начинает работать вторая зона элемент с2, находящегося в параллели с элементом При этом происходит увеличение силы резания на промежутке времени от Ь, что является следствием упругого последействия материала. Согласно данной реологической модели сила резания после прохождения точки 12 должна достичь некоторой постоянной величины, не превышающей максимального значения, достигнутого в точке /у. Полученные в ходе экспериментов данные показывают величину силы резания, большую максимума достигнутом в точки Увеличение силы обусловлено влиянием трения задней поверхности инструмента о поверхность заготовки и давлением, оказываемым стружкой на переднюю поверхность инструмента. Сила Рг на данном участке будет являться функцией от силы упругого последействия материала. В данном случае «коэффициент связи» между инструментом и заготовкой - величина, которая отображает физическую и

18

Рис.9. Графики изменения составляющих силы резания во времени при токарной обработке композиционного углепластика: а-Р2; б-Рув-Р;

химическую составляющею процесса трения инструмента и заготовки (такую как адгезия, диффузия и др.). В ходе экспериментов были получены значения «коэффициентов связи» для различных условий контактного взаимодействия инструмента и заготовки.

Величину силы Р наглядно можно наблюдать при прорезании канавок в композиционном углепластике отрезным резцом при выключении поперечной подачи инструмента (рис 10). Данная сила начинает проявляться на участке от точки ¡з .В момент времени //, когда происходит выключение поперечной подачи, сила Ру снижается, в то время как сила Рг начинает возрастать. Это является следствием перераспределения сил, проявления динамики технологической системы и увеличения «коэффициента связи» за счет процессов, протекающих в зоне контакта, схватывания материала заготовки с инструментальным материалом и др. процессов. В интервале времени от // до ¡2 происходят процессы, характерные для зоны 1 реологической модели разрушения композиционного углепластика в процессе резания. При этом происходит частичный съем материала после упругого последействия материала. В точки процесс резания материала прекращается, так как напряжения, развиваемые упругими силами не достигают величины ал,„ . Процесс переходит во вторую зону реологической модели до точки 13. С точки

/з работает только упругая составляющая материала величина Рпр, связанная линейной зависимостью с предельной глубиной резания.

а)

РА Ik

б)

h

Рис. 10 Графики изменения составляющих силы резания во времени при выключении поперечной подачи инструмента при прорезание канавок в композиционном углепластике: а)-Рх; б)-Рх

Экспериментальные исследования и анализ процесса стружкообразования потвердели правомерность модели разрушения композиционного углепластика. В процессе токарной обработки в зоне перед резцом наблюдалось скопление армирующих нитей свидетельствующих о разрушение матрицы композиционного углепластика.

На основе анализ экспериментальных и теоретических данных разработан алгоритм достижения заданных параметров качества с оптимизированной производительностью, представленный в диссертации. Для реализации алгоритма и выполнения расчетов разработаны программные продукты с использованием среды программирования Borland Delphi 6 на языке Pascal.

В работе выполнен анализ экономической эффективности лезвийной обработки композиционных углепластиков. На основе разработанных методик осуществлен выбор экономически эффективных режимов обработки, использование которых позволило снизить затраты энергии, уменьшить трудоемкость обработки в среднем на 14% и улучшить показатели качества, в частности размерной точности и шероховатости на 17% по сравнению с известными методами.

Общие результаты и выводы

1. На основании выполненных исследований показано, что интенсификация процесса лезвийной обработки композиционных заготовок из углепластиков заготовок на высокопроизводительных станках, может быть достигнута более полным использованием их возможностей путем назначения рациональных режимов резания с дифференцированным учетом специфических физико-механических характеристик обрабатываемого материала.

2. Синтезирована модель процесса резания композиционных углепластиков лезвийным инструментом с возможностью учета физико-механических характеристик обрабатываемого и инструментального материалов, позволяющая отобразить их напряженно-деформированное состояние, что существенно повышает достоверность результатов математического моделирования.

3. Предложена эффективная методика определения физико-механических характеристик композиционных углепластиков, основанная на методе анализа микротвердости, которая позволяет получать характеристики внедрения индентора, функционально связанные с упругим восстановлением поверхностного слоя.

4. Разработаны эффективные методики получения необходимых исходных данных для выполнения динамических расчетов при механической обработки применительно к контактным взаимодействиям в процессе резания и трения с использованием моделирования и предложенных специальных экспресс-методов количественной оценки и процессов резания.

5. Предложен новый способ получения и оценки составляющих сил резания при лезвийной обработке композиционных углепластиков.

6. Разработан эффективный способ получения и оценки триботехнических характеристик пары трения «режущий инструмент - заготовка» в рассматриваемых условиях лезвийной обработки композиционных углепластиков.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих печатных работах.

1. Иванов О. А., Петров В.М., Федосов A.B., Достижение заданных параметров качества поверхности деталей из углепластиков путем механической обработки. //Вопросы материаловедения. 2006, №2(46) -С. 85100.

2. Исследование обрабатываемости антифрикционных углепластиков поверхностно-модифицированными спиральными сверлами из

быстрорежущей стали /Иванов О. А., Петров В. М., Чеботарев A.B., и др. «ТРАНСТРИБО-2005». -СПб: Изд-во СПбГПУ, 2005. -С. 182-185. 3. Применение СОТС для механической обработки композиционных углепластиков /Иванов О. А., Петров В.М., Безпальчук С.Н. и др. «Современное оборудование и оснастка машиностроительного производства». С-Петербург, 2006 (в журнале Инструмент и технологии - 2006 - №24-25-С.182-185.).

4 Характер износа режущего лезвийного инструмента при обработке углепластиков /Иванов О. А., Петров В.М., Федосов A.B. и др. «Современное оборудование и оснастка машиностроительного производства». С-Петербург, 2006 (в журнале Инструмент и технологии - 2006 №24-25 -С. 141-146.). 5. Достижение точности и качества при обработке углепластиков. Основные схемы резания /Иванов О. А, Петров В.М., Федосов A.B. и др./«Современное оборудование и оснастка машиностроительного производства» С-Петербург,2006 (в журнале Инструмент и технологии - 2006 №24-25-С. 146153.)

Подписано в печать 26.09.06. Формат 60X48/16. Печать ризографическая. Заказ № 38 П.Л. 1,2. Уч.-изд. л. 1.5. Тираж 100 экз.

ОП ПИМаш

ВВЕДЕНИЕ.

1 СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Анализ подходов к исследованию процессов лезвийной обработки неметаллов с анизотропными свойствами.

1.2 Основные пути повышения эффективности обработки неметаллов и композиционных углепластиков

1.3 Цель и задачи исследования.

2 ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОМПОЗИЦИОННОГО УГЛЕПЛАСТИКА.

2.1 Структура и физические свойства композиционных углепластиков.

2.2 -Влияние физико - химических свойств композиционного углепластика на процесс лезвийной обработки.

2.3 Результаты и выводы по второй главе.

3 МОДЕЛИРОВАНИЕ КОНТАКТНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В ПРОЦЕССЕ ЛЕЗВИЙНОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ КОМПОЗИЦИОННЫХ УГ ЛЕПЛАСТИКОВ.

3.1 Определение модуля упругости и деформаций при разрушении резанием лезвийным инструментом композиционного углепластика.

3.2 Реологическая модель разрушения композиционных углепластиков при резании лезвийным инструментом.

3.3 Моделирование процесса взаимодействия инструмента и обрабатываемой заготовки.

3.4 Результаты и выводы по третей главе.

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ЛЕЗВИЙНОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ И ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА И ТЧНОСТИ ОБРАБОТАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ.

4.1 Выбор методов и средств для оценки процессов лезвийной обработке.

4.2 Измерительно-вычислительный комплекс «Твердость».

4.3 Измерительно - вычислительный комплекс для проведения натурных испытаний лезвийной механической обработки.

4.3.1 Тарировка измерительно - вычислительный комплекс для проведения натурных испытаний лезвийной механической обработки.

4.4 Измерительно-вычислительные комплексы контроля параметров качества обработанной поверхности и режущего инструмента.

4.5 Триботехнический стенд.

4.6 Результаты и выводы по четвертой главе.

5 ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЛЕЗВИЙНОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ КОМПОЗИЦИОННЫХ УГЛЕПЛАСТИКОВ

5.1 Оценка сходимости теоретических и практических исследований

5.2 Повышение эффективности обработки

5.3 Результаты и выводы по пятой главе

ОБЩИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

Современный технический прогресс требует от применяемых конструкционных материалов высоких эксплуатационных свойств. Существующие материалы, в том числе металлы и их сплавы, не в состоянии удовлетворить возросшие требования по прочности, износостойкости, долговечности. На смену традиционным материалам приходят композиционные материалы. Достоинства композитов: высокие удельные прочностные и упругие характеристики, стойкость к агрессивным химическим средам, низкие тепло- и электропроводность, хорошие триботехнические характеристики (имеют низкий коэффициент трения, высокую износостойкость способны работать в режиме сухого трения), а также они экологичны. Все эти свойства позволяют применять их в промышленности и на транспорте. К таким материалам, применяемым в современном машиностроении, относят композиционные углепластики марок ФУТ и УГЭТ. Работы над созданием данных материалов начались с 70 г. XX в. Использовались данные материалы в основном в оборонной промышленности. Была разработана технология изготовления композиционных углепластиков с различной структурой и свойствами. Большой вклад в развитие данных композиционных материалов сделал ФГУП «Прометей». С наступлением в стране рыночных отношений на рынок конструкционных материалов поступило большое количество материалов, в число которых попали и композиционные углепластики ФУТ и УГЭТ. Данный материал относится к углепластикам триботехнического назначения, и используется в узлах трения энергетических установок и транспортных машин, где немалую роль играет качество и точность контактирующих поверхностей. Качество поверхностного слоя характерезуется не только шероховатость обработанной поверхности, но и физико-механические параметры, наличие инородных вкраплений, прожогов, трещин и других дефектов.

Заготовительные операции не в состоянии обеспечить требуемой точности и качества поверхности, поэтому приходится использовать дополнительные способы механической обработки. Процесс механической лезвийной обработки углепластиков в настоящее время практически целиком не изучен. Применительно к современному авиа- и судостроению известны некоторые работы, в которых рассмотрены частные вопросы механической обработки композиционных материалов. Для расширения спектра использования углепластиков в различных отраслях народного хозяйства необходимо разработать эффективные технологии механической обработки данных композиционных материалов. Основное трудности заключаются в отсутствии методики оценки работоспособности режущего инструмента, что весьма актуально при обработке заготовки с большими габаритами, где размерный износ инструмента значительно влияет на точность всего изделия в целом. Так же нет четкого алгоритма, который бы позволил с приемлемой достоверностью определить параметры качества механически обработанной поверхности. Отсутствует также подробное рассмотрение процесса взаимодействия заготовки и инструмента в процессе резания. Нельзя безусловно применить принципы процесса резания металлов и их сплавов к композиционным углепластикам что связано с отличием структуры обрабатываемого материала. Углепластик - это композит, состоящий из полимерной матрицы и угольного волокна. Нельзя отдельно рассматривать процесс резания полимера и угольного волокна. При решении этой задачи необходим комплексный подход. Анизотропия требует многогранного рассмотрения процесса резания с учётом не только двухфазного строения композита, но и направления армирующих волокон. Способ армирования в основном и предопределяет анизотропия свойств. Природа процесса резания будет различной в зависимости от направления приложения силы резания относительно обрабатываемой поверхности.

Режимные параметры обработки в свою очередь зависят от обрабатываемого материала. Так для получения поверхностей с низкой шероховатостью необходима малая подача и высокая скорость резания. Однако повышение скорости резания может привести к повышенному выделению тепла и его концентрации в зоне контакта в силу низкой теплопроводности материала заготовки и снимаемой стружки и деструкции материала заготовки. Процессы, проходящие в зоне контакта, оказывают существенное влияние на качество обрабатываемой поверхности и износ инструмента. Износ инструмента в данном случае будет зависеть от триботехнических, химических и агезионных процессов, протекающих в зоне контакта заготовки и инструмента. Для решения данной задачи необходимо изучить свойства обрабатываемого материала, по возможности использовать опыт по обработке аналогичных материалов, имеющих сходную структуру и свойства, что и является целью данной работы.

Цель работы. Основной целью исследований, выполненных в работе, является повышение эффективности лезвийной механической обработки заготовок из композиционных углепластиков на основе моделирования процесса резания с дифференцированным учетом их физико-механических характеристик.

В работе была поставлена совокупность следующих частных задач:

1. На базе накопленного опыта расчетно-экспериментальных работ синтезировать информативно-содержательную модель процесса резания лезвийным инструментом в качестве основы для проведения комплекса исследований.

2. Разработать экспресс-методы, определения качества лезвийной механической обработки, учитывающие, с необходимой полнотой физико-механические характеристики материала заготовки - композиционного углепластика и инструментального материала на основе имитационного моделирования упругопластической задачи при контактном взаимодействии инструмента с заготовкой.

3. Разработать эффективные методики и предложить соответствующие средства производственных испытаний физико-механических характеристик углепластиков; провести исследования напряженно-деформированного состояния обработанного поверхностного слоя композиционного материала.

4. Выполнить комплекс экспериментальных исследований с целью обоснования и достоверной оценки правильности предложенных в работе технических решений.

5. Разработать автоматизированную систему приспосабливаемости (адаптации) лезвийной обработки к условиям производства с целью обеспечения рациональных режимов резания с дифференцированным учетом физико-механических характеристик композиционных углепластиков.

6. Выполнить технико-экономический анализ эффективности внедрения в промышленности разработанных методик и средств, направленных на повышение производительности и качества лезвийной обработки заготовок из композиционных углепластиков.

Объект исследования. Объектом исследования в диссертации является процесс лезвийной обработки композиционных углепластиков с заданными производительностью и качеством обработанной поверхности.

Методы исследований, достоверность и обоснованность результатов. В работе использованы основные положения динамики технологических систем механической обработки, основные положения теории резания и изнашивания инструментальных материалов, методы системного анализа и математической статистики, оптимизации динамических параметров пары «инструментальный - обрабатываемый материал». Теоретические положения и выводы, подтверждены экспериментально и положительными результатами применения в производственных условиях. Достоверность результатов исследования контактных взаимодействий режущего лезвийного инструмента с композиционным углепластиком подтверждена удовлетворительным соответствием результатов с основополагающими решениями, полученными в работах по процессам резания неметаллов, как собственных, так и результатами исследований других авторов. Технические решения подтверждены соответствующими техническими актами, приложенными в работе.

Основные положения выносимые на защиту:

1. Разработанную методику экспериментального определения упругого последействия композиционного материала на заднюю поверхность лезвийного режущего инструмента.

2. Методику оценки триботехнических характеристик пары «инструмент -заготовка из композиционного углепластика».

3. Модель процесса разрушения композиционного углепластика, учитывающую с необходимой полнотой физико-механические характеристики обрабатываемого материала и особенности процесса лезвийной обработки.

4. Реологическую модель разрушения композиционного углепластика в процессе резания лезвийным инструментом.

5. Алгоритм выбора рационального способа лезвийной обработки композиционных углепластиков.

6. Полученные результаты экспериментальных исследований на основе Научная новизна. Предложена научно обоснованная модель процесса лезвийной обработки точением композиционных углепластиков в качестве основы для выполнения комплекса исследований по достижению заданной размерной точности обработки, качества поверхностного слоя и выбора эффективных методов повышения производительности механической обработки.

Применен новый экспресс-метод определения физико-механических характеристик поверхностного слоя обрабатываемого материала методом внедрения алмазного индентора в соответствующую поверхность.

На основе предложенной модели разработан алгоритм адаптации лезвийной обработки заготовок из композиционных углепластиков типа тел вращения, позволяющий на этапе проектирования механической обработки учесть влияние на процесс резания основных физико-механических характеристик обрабатываемого материала. Установлены зависимости между глубиной внедрения индентора и характеристиками напряженно-деформированного состояния поверхностного слоя, влияющего в дальнейшем на эксплуатационные свойства изделий после механической обработки.

Практическая ценность работы. Разработанная система программной адаптации токарной обработки заготовок из композиционного углепластика позволяет обеспечить высокую производительность обработки при жестких ограничениях по размерной точности и качеству поверхностного слоя.

Система работает совместно со стендами и машинами трения, измерительно-вычислительными комплексами (ИВК) «Твердость», «Профиль», «Latimet Automatic» а также с приборами и комплексами оценки основных физико-механических характеристик традиционными методами испытания, позволяющими с необходимой полнотой оценить состояние поверхностного слоя обработанных изделий.

Личный вклад автора. В диссертации изложены результаты исследований, полученные автором самостоятельно, а также совместно с сотрудниками ПИМаш - В.М. Петровым, Е. Н. Белецким, С.Н. Безпальчуком.

При этом лично автору принадлежат:

• выбор и обоснование направления исследований; постановка задач и разработка методологии исследований; планирование и проведение экспериментальных работ, связанных с оценкой физико-механических свойств композиционных углепластиков, экспериментов на металлорежущем оборудовании и комплексной оценки параметров качества на приборах и ИВК;

• синтез реологической модели разрушения композиционного углепластика в процессе резания лезвийным инструментом в качестве основы для проведения последующих исследований;

• обобщение результатов экспериментальных исследований, построение на их основе моделей и установление основных закономерностей исследуемых процессов;

• разработка и внедрение алгоритма повышения эффективности механической лезвийной обработки заготовок из композиционных углепластиков.

Реализация результатов. Предложенные методы комплексной оценки физико-механических свойств композиционных углепластиков с целью выбора рациональных режимов резания, повышение эффективности механической обработки и качества обработанной поверхности заготовок. Результаты нашли применение в машиностроении на операциях механической лезвийной обработки (ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей», ОАО «Силовые машины» J1M3, ЗАО Завод «Композит»).

Материалы диссертации внедрены в учебный процесс и использованы при подготовке профилирующих дисциплин на технологическом факультете ГОУ ВПО ПИМаш, таких, как:

• «Резание, станки и инструменты» - по разделу «Обработка лезвийным инструментом композиционных материалов».

• «Взаимозаменяемость и стандартизация» и «Метрология» - по разделу «Методы и средства контроля параметров точности и качества».

• «Основы технологии машиностроения» - по разделу «Влияние параметров точности и качества обработанных заготовок из композиционных материалов на основные эксплуатационные характеристики пар трения».

Апробация работы и публикации. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались в период с 2002 г. по 2006 г. на ряде научно - технических конференций, симпозиумов, совещаний и семинарах: «Полимерные композиты в триботехнике. Проблемы создания и применения. Опыт эксплуатации», С-Петербург, ЦНИИ КМ «Прометей» (2005); «Современное оборудование и оснастка машиностроительного производства», С-Петербург (2006); Международном симпозиуме по транспортной триботехнике «Триботехника на транспорте»; «Транстрибо -2005» СПбГПУ, С-Петербург, (2005); на научно-технических семинарах ПИМаш (2005-2006).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 5 печатных работ.

Объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из 110 наименований и содержит 130 страниц текста, включая 12 таблиц, 47 рисунков и три приложения, которые подтверждают работоспособность разработанных алгоритмов и эффективности внедрение результатов диссертационной работы на отраслевом уровне.

11.Основные результаты исследований были внедрены и получили широкую апробацию в условиях действующего производства Филиалом ОАО «Силовые машины» JIM3, в С-Петербурге. ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей», «Завод «Композит».

1. Абуладзе Н.Г, Определение длины контакта сливной стружки с передней поверхностью инструмента / Тр. Грузинск. политехнического, инститтута -1969, N3. С. 131 - 137.

2. Аваков А.А. Физические основы теории стойкости режущих инструментов. М.: Машгиз, 1960. - С. 380.

3. Актуальные вопросы физики микровдавливания / Сб. статей. Кишинев: Изд-во АНМССР, 1989. - С. 170.

4. Алексюк М.М. Механические испытания материалов при высоких температурах. Киев: Наук, думка, 1980. - С. 50.

5. Алешин А.А. Синтез и исследование системы оптимизации технологических режимов резания.- JL: Машиностроение, 1982. С. 376

6. Армированные пластики современные конструкционные материалы / Российский химический журнал, том XLV 2001, №2. - С. 31-39.

7. Архангельский А. Г. Учение о волокнах. -М. Гизлегпром, 1938.

8. Бабошкин А.Ф., Иванов С.Ю., Васильков JI-B. Оптимизация механическойобработки лопаток турбин,- Л,- ЛДНТП, 1988.- С.20.

9. Безухов Н.Н., Лужин О.В. Приложение методов теории упругости и пластичности к решению инженерных задач. М.: Высшая школа, 1974. - С. 200.

10. Безъязычный В.Ф. Назначение оптимальных режимов резания с учетом заданных параметров качества поверхностного слоя изделий / Обработка металлов резанием. М.:МДНТП, 1977. - С. 86-89.

11. Белл Дж. Ф. Экспериментальные основы механики деформируемых тел / Пер. о англ. М.: Наука, 1984.

12. Белоусов А.И. Термодинамический расчет зоны резания / Тепловые явления и обрабатываемость резанием авиационных материалов: Тр. МАТИ. М.: Машиностроение, 1988. - С. 49 - 86.

13. Развитие метода испытаний материалов на микротвердость / Беркович Е.С.,Матвеевский P.M., Емельянов Н.М. и др.// Вестник машиностроения, 1985, №1. С. 23 - 25.

14. Васильков Д.В., Вейц B.JL, Шевченко B.C. Динамика технологических систем механической обработки. СПб.: ТОО «Ивентекс», 1997. - 230 с.

15. Васильков Д.В., Петров В.М. Контроль состояния поверхностного слоя конструкционных материалов // Инструмент. 1996, № 2. - С. 28-29.

16. Вейц В.Л., Максаров В.В., Лонцих П.А. Динамические процессы, оценка и обеспечение качества технологических систем механической обработки.-Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2001.-299с.

17. Технологии производства изделий и интегрированных конструкций из композиционных материалов в машиностроении / Научный редактор А. Г. Братухин, А.С. Боголюбов, О.С. Сироткин. -М.: Готика,2003-516 с.

18. Бриджмен П. Исследования больших и пластических деформаций и разрыва / Пер. с англ. М.: Изд-во иностр. лит., 1955. - С. 444.

19. Булычев С.И. Испытание материалов непрерывным вдавливанием индентора. М.: Машиностроение, 1990.

20. Валетов В.А. Оптимизация микрогеометрии поверхностей деталей в проиборостроении. Учебное пособие. Л.:ЛИТМО, 1989.-С.100.

21. Великанов К.М., Новожилов В.И., Некоторые вопросы теории определения экономичных режимов резания металлов в машиностроении. Экономическая эффективность производства. Л.: 1968.

22. Великанов К.М. Новожилов В.И. Определение оптимальных режимов резания металлов. Л.: ЛДНТП, 1968.

23. Великанов К.М. Новожилов В.И. Экономические режимы резания металлов. Л.: Машиностроение, 1972. - С. 120.

24. Испытательная техника для исследования механических свойств металлов/Волощенко А.П. и др. Киев: Наук, думка, 1984.

25. Гольденблат И.И., Копнов В. А. Критерии прочности конструкционных материалов. М. .* Машиностроение, 1968. - С. 192.

26. Грановский Г.И., Панченко К.П. Фасонные резцы. М.: Машиностроение, 1975.-С. 5-32.

27. Грановский Г. И., Шмаков Н.А.О природе износа резцов из ыстрорежущих сталей дисперсионного твердения // Вестник машиностроения, 1971, №1. -С. 65 70.

28. Гуревич М. Механическая обработка текстолита, // Авиапромышленность» журнал. № 12 за 1938 г. С. 28-34.

29. Данилеян A.M. и др. Обработка резанием жаропрочных сталей и тугоплавких металлов. М.: Машиностроение, 1965. - С. 307.

30. Джексон У., Миллор П. В.Теория пластичности для инженеров / Пер. с англ. М: Машиностроение, 1979. - С. 567.

31. Зорев Н.Н. Вопросы механики процесса резания металлов.-----

32. Зорев Н.Н, Расчет проекций силы резания. М,: Машгиз,1958. - С. 56.

33. Израелит Г. Ш., Рудчик. JI. Н. Механические испытания резины, эбонита и пластмасс. М.: Госхимиздат, 1940. - С. 218.

34. Исаев А. И. . Механическая обработка пластмасс М.:, Оргавиапром, 1943. С. 279

35. Исаев А.И. Процесс образования поверхностного слоя при обработке металлов резанием М.: Машгиз, 1950. - С. 324.

36. Капустин И. И. и Буров П. И. Режущий инструмент кожевенно-обувной промышленности, Сборник трудов ЦНИКП 1950 № 16 С. 8-14.

37. Крагельский И. В. Энциклопедический справочник по машиностроению-М.: Машгиз, том 2, 1948. С. 421.

38. Крагельский И. В. Динамическое определение прочности волокнистыхматериалов М.: Гизлегпром, 1934. - С. 243.

39. Клушин М.И. О физических основах процесса резания металлов // Станки и инструмент, 1944. №4. С.; №5. - С. 15-20

40. Клушин М-И. Резание металлов. М.: Машгиз, 1958. -С. 453.

41. Клушин М.И. Алгоритмы расчета сил и скоростей резания / Тр. Проектно-технологического и научно- исследовательского института ВВСНХ. -Горький, 1963. Выд.2. - С. 121 - 152.

42. Колев К.С, Горчаков J1.M. Точность обработки и режимы резания. М.: Машиностроение, 1976. - С. 144.

43. Кравченко В.А. Силы, остаточные напряжения и трение при резанииметаллов. Куйбышев: Обл.кн.изд., 1962. - С. 180.

44. Крамаренко А. П. Сельскохозяйственные машины, Сельхозгиз, 1934.-С. 315.

45. Крамаренко А. П. . Сопротивление растений перерезанию. Теория, конструкция и производство с.-х. машин. Сельхозгиз, т. II, 1936. С. 286

46. Кривоухов В.А., ПетрухаП.Т. Резание конструкционных материалов, режущие инструменты и станки. М.: Машиностроение, 1967. - С. 542

47. Кудинов В.А., Толстой Д.М. Трение и колебания // Трение, изнашивание и смазка: Справочник. В 2-х т. / Под ред. И.В.Крагельского и В.В.Алисина. -М.: Машиностроение, 1979. Т.2. - С. 11-22.

48. Кузнецов В.Д. Физика твердого тела. Т.З.- Томск; Красное знамя, 1944. С. 742.

49. Кузнецов В.Д. Физика твердого тела. Материалы по физике внешнего трения, износу и внутреннего трения твердых тел. Т.4. Томск: Полиграфиздат, 1947. - С. 542.

50. Кузнецов В.Д. Наросты при резании и трении. М.: Гостехиздат, 1956. - С.284.

51. Иванов О. А., Петров В.М., Федосов А.В., Достижение заданных параметров качества поверхности деталей из углепластиков путем механической обработки. //Вопросы материаловедения. 2006, №2(46) -С-85-100с.

52. Исследование обрабатываемости антифрикционных углепластиков поверхностно-модифицированными спиральными сверлами из быстрорежущей стали /Иванов О. А., Петров В. М., Чеботарев А.В., и др. «ТРАНСТРИБО-2005». -СПб: Изд-во СПбГПУ, 2005. -С-182-185с.

53. Лоладэе Т.Н. Стружкообразование при резании металлов.-: М.: Машгиз, 1952.-С. 305

54. Лоладзе Т.Н. Износ режущего инструмента. М.: Машгиз, 1958. - П. 355.

55. Лоладзе Т.Н. Прочность и износостойкость режущего инструмента. М.: Машиностроение, 1982. - С. 320.

56. Макаров А.Д. Износ и стойкость режущих инструментов. -М.: Машиностроение, 1966. С. 264.

57. Макаров А.Д. Новые характеристики обрабатываемости металлов резанием и вопросы выбора периода стойкости инструмента Высокопроизводительное резание в машиностроении. М.: Наука, 1966.- С. 27-41.

58. Макаров А.Д. и выборе оптимальных режимов обработки ре занием в условиях автоматизированного производства / Автомати зация процессов механической обработки и сборки. М.: Наука, 1967.- С. 14-27.

59. Макаров А.Д., Шустер Л.Ш. Выбор режимов резания при чистовом точении //" Станки и инструмент, 1970.- №1.- С. 34 35.

60. Максаров В.В. Теория и методы моделирования и управления процессом стружкообразования при лезвийной механической обработке Дис. док. техн. наук.:05.03.01/ Северо-Западный заочный политехнический институт. СПб., 1999. 337 с.

61. Малюков А. Г. О повышении качества на операции фрезеровки уреза, «Кожевенно-обувная промышленность» журнал, 1936.

62. Маталин А.А.Точность механической обработки и проектирование технологических процессов. М.: Машиностроение, 1970. - С. 316.

63. Надаи А. Пластичность и разрушение твердых тел/ Пер. с англ. М.: Издво иностр. лит., 1954. Т.1. - С. 647.

64. Нефедов В.И.Физические методы исследования поверхности твердых тел.М.: Наука, 1983.

65. Новое в области испытания на микротвердость / Материалы 4-госовещания по микротвердости, М.: Наука, 1974. - С. 271.

66. Обработка металлов резанием. Справочник технолога / Под ред. Г.А.Монахова. М.-Машиностроение, 1974.

67. Общемашиностроительные нормативы режимов резания для техническогонормирования работ. М.: Машиностроение, 1974. -С. 405.

68. Одноробов И. Фрезеровка уреза, журнал «Индустриальный кожевник», № 17—19 за 1931.

69. Передовая технология и автоматизация управления процессами обработки деталей машин / Под ред. Маталина А.А. JL: Машиностроение, 1970. -С.702.

70. Петров В.М. Новый автоматизированный комплекс измерения микротвердости и других физико-механических параметров поверхностного слоя деталей машин / Межвуз. сб. научн. тр. Динамика виброактивных систем. Иркутск: 1994. - С.36-45

71. Петров В. М., Васильков Д. В. Исследование упруго-пластических характеристик поверхностного слоя материалов методом микротвердости / Межвуз, сб. научн. тр.- С.-Петербург: СЗПИ.-1995,- С. 54-87.

72. Петров В.М., Щастливый O.J1. Автоматизация контроля напряженно-деформированного состояния конструкционных материалов методом микротвердости / Тез. докл. межрегиональна научно-пра-ктич. семинара.-Иваново: МГТА,- 1995.- С. 28-31.

73. Петров В.М., Васильков Д.В., Могендович М.Р. Комплексное исследование качества поверхностного слоя конструкционных материалов / Ресурса и энергосберегающие технологии./ Тез. докл. Международной конференции,- Одесса: УДЭНТЗ.- 1995.- С. 47-48.

74. Писаренко Г.С. Экспериментальные методы в механике деформируемых твердых тел. Киев: Наук, думка, 1986.

75. Платунов К. М. и Полякова В. П. Выбор типа и материала фрезера для фрезерования пласткожи. Сборник трудов ЦНИКП, т. Ш, 1939. С. -57-66.

76. Платунов К. М. и Сидоров Д. М. Определение быстропеременяых усилий на рабочих частях вырубочных прессов, Сборник трудов ЦНИКП, т. TIT, 1939 . С.23-27

77. Подзеев А.А.,Няшин Ю.И., Трусов П.В. Остаточные напряжения. Теория и приложения. М: Наука, 1982. - С. 112.

78. Подураев В.Н., Валиков В.И. , Чирков В.И. Кинематические и физические параметры нестационарного резания // Известия вузов. М: Машиностроение, 1970.-С. 351.

79. Подураев В.Н., Валиков В.И. , Чирков В.Р Эффективные процессы резания при нестационарном режиме обработки //Станки и инструмент, 1976. №3. -С. 25 - 28.

80. Полетика М.Ф.Конкретные нагрузки на режущих поверхностях инструмента. -М. Машиностроение, 1969.-С. 150.

81. Полетика М.Ф. Контактные нагрузки на режущих поверхностях инструмента. М.: Машиностроение, 1969. - С. 114.

82. Полетика М.Ф., Красильников В. А. Напряжения и темпера-тура на передней поверхности резца при высоких скоростях реза-ния // Вестник машиностроения, 1973. № 10. - С. 76 - 80.

83. Приборы ПТМ 2 и ПМТ - 3 для испытания на микротвердость / М.М.Хрущев, Е.С.Беркович. - М.: Изд-во АН СССР, 1950.

84. Прогрессивные режущие инструменты и режимы резания металлов. Справочник / Под ред. В.М.Баранчикова. М. . Машиностроение, 1990. - С. 400.

85. Резников А.Н. Распределение температуры и износ на поверхностях режущего инструмента// Изд. вузов. М.; Машиностроение, 1958. - N6. -С. 159-171.

86. Резников А.Н. Теплофизика резания. М.: Машиностроение, 1969. - С. 288.

87. Розенберг A.M., Еремин А.Н. Элементы теории процесса резания металлов. М.: Машгиз, 1956. - С. 319.

88. Силин С.С.Исследование процессов резания методами теории подобия / Расчет оптимальных режимов на основе изучения процессов резания методами теории подобия: Тр. Рыбинск, авиац. технолог, ин-та.Ярославль: Верхняя Волга, 1966. №1. -85.

89. Силин С.С.Теоретическое определение параметров процесса резания / Производительная обработка и технологическая надежность деталей машин. Межвуз. сб. научн. тр. Ярославль: Ярославск. политехи, ин-т, 1977. - N6.-С. 3- 16.

90. Силин С. С, Рыкунов Н.С. Исследование процессов шлифования методами теории подобия / Труды Рыбинск, авиац. технолог, ин-та. -Ярославль: Верхняя Волга, 1974. №2. - С. 20 - 33.

91. Смирнов Н.А. Современные методы анализа и контроля продуктов производства. М.; Машиностроение, 1985.

92. Смирнов-Аляев Г.А. , Розенберг В.М. Теория пластических деформаций металлов. М.; Машгиз, 1956.

93. Соколовский В.В.Теория пластичности.- М.: Высш. школа, 1950.

94. Тонсен Э., Янг Ч., Кобаяши Ш. Механика пластических деформаций при обработке металлов,- М.: Машиностроение, 1969.-С.504.

95. Цветков В. Н. Фрезеровка уреза, журнал «Вестник ВКО» 1931. № 2. С.14.17.

96. Частота вращения шпинделя:^, мин".

97. Расчётная скорость резания: v м/мин.