автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Повышение эффективности токарной обработки на основе анализа параметров процесса формообразования стружки и формы передней поверхности твердосплавных пластин

Московский государственный технологический университет "Станкин-

На правах рукописи УДК 621.919.2-45.001 63.002.2(043.3)

Жохова Вероника Владимировна

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА

ФОРМООБРАЗОВАНИЯ СТРУЖКИ И ФОРМЫ ПЕРЕДНЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДОСПЛАВНЫХ ПЛАСТИН

Специальность 05.03.01 - Процессы механической

и физико-технической обработки, станки и инструменты

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва -1998

Работа выполнена в Московском государственном технологическом университете "Станкин"

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Гречишников В.А.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Таратынов О. В. кандидат технических наук, доцент Элькун Л.Я.

Ведущее предприятие - ЦНИТИ

Защита диссертации состоится_мая 1998 г. в_часов

на заседании Специализированного совета К 063.42.05 при Московском государственном технологическом университете "Станкин" по адресу: 101472, ГСП, Москва, Вадковский пер., ЗА

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ "Станкин".

Ваш отзыв на автореферат, заверенный печатью, просим направлять по указанному адресу.

Автореферат разослан_апреля 1998г.

Ученый секретарь Специализированного совета к. т. н., доцент

Ю.П.Поляков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Автоматизация машиностроительного производства, необходимость подъема уровня и стабильности качества и конкурентоспособности его продукции потребовали существенного повышения надежности технологических модулей, в значительной степени определяющего эффективность механической обработки.

Совершенствование инструментальных материалов и конструкций инструмента, рост жесткости и виброустойчивости станков значительно повысили производительность обработки резанием. Это вызвало увеличение минутного объема снимаемой стружки, температуры, скорости ее разлета, снижение доли перерывов в резании. Перечисленные факторы привели к резкой интенсификации повреждающего воздействия стружки, обуславливающего производственный травматизм, повреждения инструмента, детали, датчиков, коммуникаций, системы охлаждения. В результате значительное место в структуре отказов технологических модулей стали занимать травмы оператора и отказы технологической системы, вызванные повреждающим воздействием стружки, а также вынужденные незапланированные остановки для ее удаления.

В последние годы ведущими производителями инструмента -БапсМк СоготагЛ, Кеппагг^а1-Не|1е1, 1зсаг, Не'т1ап, Р1апэее -разработаны новые гаммы режущих пластин со сложными и разнообразными формами передних поверхностей для удовлетворения растущих требований производства. Увеличение сложности и разнообразия форм передней поверхности требует их классификации и систематизации.

Автоматизация технологических систем механообработки связана с переходом от диагностики их состояния станочником, в значительной мере связанной с регистрацией параметров стружки, к приборной с разработкой соответствующих аппаратных средств и алгоритмов диагностики. Это вызывает необходимость специального исследования стабильности процесса формирования стружки как важного диагностического признака состояния технологической системы и фактора обеспечения ее надежности.

Цель работы - повышение эффективности токарной обработки инструментом, оснащенным твердосплавными многогранными пластинами на основе анлиза процесса формообразования стружки во взаимосвязи с параметрами передней поверхности пластин, режимами резания и системы оценки геометрических и физико-механических параметров стружки (радиус витка стружки, число

витков, длина витка стружки, направление полета стружки, температура стружки и т.д.) при точении;

Для достижения данной цели в работе поставлены и решены следующие задачи:

- определены функциональные зависимости параметров стружки и параметров передней поверхности твердосплавных пластин с учетом режимов резания;

- определены закономерности поведения параметров стружки (радиса кривизны стружи, шага витка стружки, длины витка стружки, направления полета стружи, телесного угла разлета, температуры и т.д.), и их изменение за период стойкости режущего инструмента;

- иследовано влияние изменения параметров стружки на стабильность процесса токарной обработки и использование этих параметров в качестве диагностических.

Методы исследования. Поставленные в работе задачи решались с помощью математико-статистических методов экспертного оценивания, планирования многофакторных экспериментов, анализа геометрических, кинематических и физических параметров стружки, изучения надежности технологических модулей как систем "человек-машина", морфологического анализа и синтеза формы передней поверхности, методов комплексной оценки качества инструмента,

Научная новизна работы заключается в определении закономерностей поведения параметров стружки (радиса кривизны стружки, шага витка стружки, длины витка стружки, направления полета стружи, телесного угла разлета, температуры и т.д.) при токарной обработке с учетом формы передней поверхности твердосплавных пластин и режимов резания, а также возможностью использования данных параметров в качестве диагностических признаков.

Практическая ценность работы заключается в:

- рекомендациях по влиянию геометрических и физико-мехнических параметров стружки на эксплуатационные характеристики токарного технологического модуля

- рекомендациях по выбору формы многогранных пластин для токарной обработки в САПР инструмента;

- разработке способа диагностики износа токарных резцов на основе фиксации угла разлета стружки.

Реализация работы. Результаты работы внедрены на Артемовском машиностроительном заводе "Победа труда" путём использования резцов с предложенной двойной канавкой и рациональных режимов их эксплуатации.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены, обсуждены и одобрены на международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы качества,

надежности, экологии и информатики" (Бердянск, 1995), 6-й международной научно-технической конференции "Надёжность режущего инструмента и оптимизация технологических систем" (Краматорск, 1995), международной научно-технической конференции "Прогрессивная техника и технологии машиностроения" (Севастополь, 1995), международной научно-практической конференции "Маркетинг в системе управлением предприятием" (Киев, 1996), международной научно-технической конференции "Прогрессивные технологии машиностроения и современность" (Севастополь, 1997), всего на 8 научно-технических конференциях.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ, всего по вопросам инструментального производства опубликовано 19 работ

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 260 страницах машинописного текста, содержит 93 рисунка, 20 таблиц, список литературы из 130 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проведения работы, дана ее общая характеристика.

В первой главе изложен анализ современного состояния вопроса. Вопросы образования, пластического деформирования и разрушения стружки изучены И.А. Тиме, М.Е. Мерчантом, Б. Вортинггоном, К. Накоямой, H.H. Зоревым, А.М. Розенбергом, O.A. Розенбергом, Г.Л. Куфаревым, однако теория стружкообразования не позволяет однозначно предсказать форму образующейся стружки в макрообъеме. Влиянию режимов резания и формы передней поверхности инструмента на механизм и эффективность дробления стружки при точении стали посвящено много работ, однако их результаты зачастую противоречивы, не учитывают ряда производственных факторов, не описывают влияния параметров стружки на надёжность. Автоматизация машиностроительного производства вызвала к жизни исследования надежности инструмента В.А. Синопальникова, Е.С. Высоковского, Г.Л. Хаета, однако в этих работах только косвенно учтено воздействие стружки, снижающее надежность технологических модулей.

Во второй главе описана методика исследований. Исследовали параметры стружки: геометрические (радиус кривизны, угол витка, число витков, длина отрезка), кинематические (скорость и направление полета, углы сектора разлета в вертикальной и горизонтальной плоскостях) и физические (температура). Многопараметрическую оценку качества передней поверхности режущей пластины проводили в три этапа. На первом этапе

использовали экспертные методы. Второй этап включал лабораторные опыты по изучению параметров стружки, полученной при точении резцами оснащенными пластинами с различной формой передней поверхности, и определению режущих свойств СМП. Окончательную оценку качества пластин с различной формой передней поверхности проводили в производственных условиях с учётом надежности технологического модуля.

Третья глава посвящена структурно-функциональному анализу и синтезу форм передней поверхности СМП. Этот анализ и синтез передней поверхности основаны на представлении 7 элементов: форма режущих кромок, лезвий; линейные «протяжные» элементы вытупы, впадины; точечные элементы выступы, впадины; форма уступов. Число вариантов формы передней поверхности

N = Пт,= 3,136*1035 , где j = 1,2.....п - номер признака формы

(п = 56); Щ| - число значений ]-го признака (тг = 3...7). Предварительное рассмотрение двойных и тройных сочетаний признаков формы передней поверхности оказалось достаточно эффективным для выявления удачных комбинаций стружкоформирующих элементов. Синтезированные варианты подвергали комплексной оценке с цепью уточнения выбора форм передней поверхности и областей их применения.

Рассмотрение стружки как пространственной кривой и анализ ее геометрических параметров позволили разработать классификацию форм стружки. Она отличается от предложенных ранее в нашей стране и за рубежом большей полнотой и формализованным характером.

Комплексная оценка стружки, формируемой инструментом определяется соотношением О иит = / С«™ > где - объём припуска, удаленного этим инструментом за некоторый период времени; СЭКспл - расходы по эксплуатации технологического модуля, связанные со стружкой, за тот же период времени.

В технологическом модуле стружка может находиться в четырех состояниях: в виде пыли; в виде отдельных кусочков или клубков, летящих из зоны резания; в виде винта, изогнутой или путаной ленты, движущейся из зоны резания; в виде неподвижной массы на элементах модуля. Этим состояниям отвечают соответствующие группы отказов модуля.

Соответствие требованиям производства каждого из состояний стружки оценивали коэффициентом, принимающим значения от нуля (для совершенно неприемлемой по условиям работы стружки) до единицы (для стружки с оптимальными параметрами). Затраты на эксплуатацию модуля, связанные с наличием стружки, представляют собой сумму величин, обратных оценкам стружки в каждом из четырех

состояний (пылевидном, неподвижном, стружки-дижущейся из зоны резания и летящей). Использование этого допущения приводит к выражению

О ИНТ = Кзк.ялУ^ [(Оп )-1 + (Ол)"1 + (Од)'1 + (Он)-1] -1, (1)

где КэКСпл - коэффициент, отражающий долю эксплуатационных расходов, связанных со стружкой; Оп, Ол, Од, Он - парциальные оценки стружки в каждом из состояний: Оп - пылевидном; Оп - в летящем; Од -в движущемся; Он - в неподвижном.

По данным производственных наблюдений и экспертизы, оценка пылевидной стружки определяется ее объемным фактором, составом, дисперсностью, температурой, скоростью разлета и объёмом припуска, удаленного за единицу времени; летящей стружки - массой отрезка, его температурой, скоростью, направлением и углом разлета, объёмом припуска, удаленною за единицу времени; движущейся стружки - формой, радиусом кривизны, длиной отрезка, температурой, скоростью движения, прочностью, углом подъёма витка, и объёмом припуска, удаленного за единицу времени; неподвижной стружки -объёмным коэффициентом, температурой, зазубренностью кромок и объёмом припуска, удаленного за единицу времени.

Так как все виды эксплуатационных затрат пропорциональны объёму припуска, удаленного за единицу времени, то разделив все члены уравнения (1) на этот показатель (то есть получив показатели, отнесенные к 1м3 снятого припуска), а также пронормировав показатели, то есть придав им значения от нуля до единицы, получили в безразмерном виде выражение

Оинт = (я п"1 + ч л"1+Я А1+Ч н~1 )~\ (2)

где я „ л д „ - удельные парциальные оценки стружки в её четырех возможных состояниях.

В первом приближении считали, что влияния отдельных параметров стружки , х2 ,...,хпна удельные парциальные оценки стружки ,...,Чт независимы:

= Ч|(Х1, х2.....X) ,...,х п) = №1<х1), ^2(Х2).....Эдх)),..., ш,)], (3)

где Ц - функции, связывающие я,- сх, . В качестве зависимости оценок я, с функциями Ц , связанными с каждым из параметров стружки X], приняли среднее геометрическое, которое предполагает аддитивность логарифмов отдельных функций, а также равную степень их влияния на безопасность станочника, износ инструмента, качество обработанной поверхности и т.д., что и наблюдается на производстве:

Qi= 4i[fii(Xi), fB(x2),..., m.....Uxn)] =

Вид функций связанных с каждым из определяющих параметров стружки х^ устанавливали с учётом того, что зависимость "полезности" (по фон Нейману-Моргенштерну) или "желательности" (по Харрингтону) объекта от его параметров описывается Б-образной кривой. Так, при изменении радиуса кривизны стружки от 0,1 до 1 мм её высокая оценка практически не меняется, при дальнейшем росте в диапазоне 2...500мм - резко ухудшается, а при увеличении от 1 до Юм остается неизменной (весьма плохой). Функция "полезности" или "желательности" описывается функцией обратной тангенсоиды:

*уЫ = j + arctê

xj~aij

Ьу

(5)

где Ьу - коэффициент масштаба зависимости по оси х; щ - значение параметра стружки Xj, при котором fj = 0,5. С учетом выражений (5), (4), и (2), окончательно получили

Qmfr

1

£cs=i,

j=i

су>0,

(6)

где сд - коэффициенты весомости Ко параметра стружки при определении её ¡-й оценки. Таким образом, влияние параметров стружки учитывается коэффициентами щ, отражающими пределы влияния параметра на оценку, и показателем степени с^, отражающим силу влияния параметра на оценку. Располагая значениями коэффициентов уравнения (6), можно по величине параметров стружки X; найти её интегральную оценку Оинт. Ранжирование параметров стружки по силе влияния на ка>едую из парциальных оценок позволило определить значения коэффициентов аг„ Ц и сц.

При оценке качества передней поверхности СМП учитывали, что форма передней поверхности влияет не только на стружкодробление, но и на диапазон режимов резания, размеров заготовки, диапазон

пластичности стали____(универсальность________пластины);_______ на

продолжительность сохранения этого свойства (надежность системы); на его стабильность (рассеивание параметров стружки), на износостойкость, прочность, виброустойчивость и технологичность инструмента. Иерархический граф качества передней поверхности, построенный на основе экспертных методов, позволил оценить как единичные показатели, так и комплексный показатель качества режущих пластин с различной формой передней поверхности.

Четвертая глава посвящена исследованию влияния формы передней поверхности на формирование стружки. В лабораторных условиях получили зависимости совокупности геометрических, кинематических и физических параметров стружки от режимов точения конструкционной стали, формы передней поверхности, наличия округления режущего лезвия и износостойкого покрытия. Влияние режимов резания на параметры стружки является нелинейным и зачастую немонотонным. Таким образом, стружку необходимо характеризовать вектором, компоненты которого соответствуют различным её параметрам.

Эффективность стружкодробления, оцениваемая длиной отрезка стружки, существенно зависит от всех элементов режима резания, причем влияние это нелинейно. Так, при малой глубине резания повышение подачи ухудшает стружкодробление, а при большой -улучшает, причем этот эффект мало зависит от формы передней поверхности. С повышением толщины среза влияние стружкоформирующей канавки на стружкодробление усиливается, а радиуса скругления лезвия - уменьшается, что объясняется удалением или приближением параметров формы передней поверхности к их оптимальным значениям, связанным с толщиной среза.

Для пластин различной формы с различными карбидными и нитридными покрытиями в широком диапазоне режимов резания снижение жесткости технологической системы ухудшает завивание стружки, что объясняется снижением трения на контактных поверхностях, и улучшает ее дробление, что связано со снижением виброустойчивости системы и усилением ее колебаний.

Пятая глава посвящена исследованию стабильности формирования стружки и надежности технологических модулей.

Как в лабораторных опытах, так и в условиях производства, при точении стали пластинами с различной формой передней поверхности распределение радиуса кривизны стружки подчиняется нормальному закону, а длины отрезка стружки и числа витков - закону Вейбулла-Гнеденко (рис.1). Нанесение карбидных и нитридных покрытий, а также виброабразивная обработка пластин снижают рассеивание параметров стружки.

При обработке на границах областей стабильного формирования стружки определенного класса распределение радиуса её кривизны представляет собой суперпозицию нормальных законов

®Г1

л/2л

ехр

(г-Мг1)2 2а?!

1-Я

+-р=ехр

аг2

I-V

л/2 л

(г-Мг2)2

(7)

а длины её отрезка - суперпозицию законов Вейбулла-Гнеденко

Ф)»— —

аи \ап

чЫ 1

Ь„-1

ехр

+ л—21—1±-ехр *12

(8)

где д, (1-я) - доли стружки 1 и 2 классов в выборке; Мг1, Мй| сггь сгд, а», ас, Ьц, Ь|2 - параметры законов распределений стружки 1 и 2 классов. Суперпозиции обнаружили в 46 из 256 выборок, то есть в 18% случаев.

В течение периода стойкости по мере изнашивания инструмента в связи с изменением формы и температуры режущих поверхностей меняются параметры стружки: направление ее движения, радиус кривизны, число вигтков, шаг витка, температура стружки, а также величины их рассеивания.

При обработке инструментами без покрытия с одинарной канавкой дробление стружки ухудшается в начале и конце периода стойкости, т.е. приработка передней поверхности оказывает положительное влияние на процесс формирования стружки. Это не было учтено в предшествующих исследованиях, где кинетику параметров стружки или не учитывали или считали линейной. При точении стали с достаточно большой толщиной среза и скоростью резания радиус кривизны стружки и её температура по мере изнашивания инструмента меняются немонотонно: вначале эти показатели уменьшаются, а затем увеличиваются (рис.2). Изменение радиуса кривизны стружки описываем уравнением

г(-с) = гт + ах + (г0 - гт)ехр ^ ,

О)

где г - средний "мгновенный" радиус кривизны стружки; т - время с начала периода стойкости; гт - некоторое минимально возможное в данных условиях значение г; а - скорость линейного роста г; г0 -значение г в начале резания (экстраполяция к нулевому износу); Т -

постоянная времени приработки. Аналогичны зависимости и для других параметров стружки.

В уравнении (9) первый член отражает некоторую минимальную величину радиуса, второй - его линейный рост, связанный с увеличением температуры вследствие практически линейного роста износа задней поверхности, третий - его экспоненциальное уменьшение, связанное с приработкой передней поверхности. В нашем случае приработка состоит в образовании благоприятного микрорельефа и, главным образом, в возникновении лунки, наличие которой снижает радиус стружки. Величина коэффициента а обнаруживает положительную корреляцию с линейной величиной конечного износа пластин после резания. Это подтверждает тот факт, что рост радиуса кривизны стружки при чистовом и получистовом точении связан не с износом стружкоформирующих элементов, а с изменением температурного режима контактных поверхностей инструмента.

Начальное экспоненциальное уменьшение связано с изменением микро- и макрорельефа передней поверхности. Величина (Го-Гт) положительно коррелирована с конечной глубиной лунки на передней поверхности после отказа пластины. Все факторы, подавляющие лункообразование - нанесение покрытий, снижение толщины срезаемого слоя и скорости резания, уменьшают или вовсе устраняют начальное уменьшение радиуса кривизны стружки.

С учетом формы распределения параметров стружки и их изменения в течение периода стойкости предложили вероятностную модель отказа модуля, происходящего при превышении параметром стружки некоторого критического значения. Для любого момента времени с начала периода стойкости получили распределение параметров стружки, позволяющее вычислить вероятность отказа модуля:

ехр' г-Мт-аМгт-(Мп - Мш )ехр|- 1

2 от + а„т + (ег„ - 2

где Мт, Мю, аМг, ТМг - коэффициенты уравнения типа (9) для среднего значения радиуса кривизны Мг; стт, стю, ает, Т^ - коэффициенты уравнения типа (9) для среднеквадратического отклонения радиса кривизны стружки СТГ.

а) б)

Рис.1. Плотность распределения радиуса кривизны стружки (а, в, д) и длины её отрезка (б, г, е) при ограничении её длины размерами обрабатываемой поверхности (а, б - станок 16К20, оси из стали 40Х, пластины трехгранные, ф = 90°, 1 = 2,0 мм, в = 0,60 мм/об, v = 1,7 м/с, точение уступа), в центре области стабильного формирования стружки (в,г - то же, I = 2,5 мм, в = 0,52 мм/об, v = 1,5 м/с), на границе областей её стабильного формирования (д, е - то же, 1 = 2,0 мм, в = 0,52 мм/об, v = 2,1 м/с)

Гс,

им 16

8 4

г

I

Гс. мм

16

8 4

2

I ,/

V-

• */2

уел ед.

5

V о\ О' о О I 1 >03. ~Ъ ' О

5 10 15 %м»н а)

1 0 -о—-о —4-

■з—Ч Г1

о<

О 5 ,10 /5 ?.м»н 6)

Гс, мм

16

0 о о< „ Л

"'6 0 0 оо о «

• • • 1

-в-в- -в-

усл. ев.

5 10 15 мни

щ

5 10 15?, мин

5)

5 10 15?.мм

г)

О 0 о об

О 5 . 10 15?, мин

Рис.2. Изменение радиуса кривизны (а, в, д) и температуры (б, г, е) стружки в течение периода стойкости. 1 - стружка винтообразная; 2 - дробленая, а, б - пластины в исходном состоянии; в, г - после виброабразивной обработки; д, е - с нитридным покрытием (станок 1К625, сталь ЗОХГСА, пластины квадратные, <р = 45°, I = 1мм, э = 0,28мм/о6, V = 2м/с)

Установили, что корреляция параметров стружки с размерами лунки на передней поверхности более тесная, чем с износом задней поверхности. Температура стружки в большей степени связана с износом, радиус ее кривизны менее, число витков еще менее.

Исследовали также влияние износа на кинематику движения стружки, на основании чего предложено диагностировать степень износа инструмента по изменению направления полета стружки (защищен патентом РФ № 2098234 от 10.12.97.). Две емкости располагаются на различном расстоянии от плоскости резания и по отношению приращений массы стружки, попадающей в емкости, оценивают износ инструмента (рис.3).

Установленные зависимости параметров стружки от различных факторов, их рассеивания, а также изменения по мере износа инструмента позволили определить надежность технологической системы в связи с воздействием стружки. Структура отказов технологического модуля, вызываемых стружкой, включает 41 тип отказов различных его элементов. Стружка вызывает выкрашивания, сколы и поломки инструмента, повреждает датчики и измерительные системы станка, поверхности и кромки обработанной детали, ухудшает или прекращает доступ СОТС в зону резания, загромождает рабочее место, вызывает необходимость специальных затрат на ее уборку и транспортировку. Эти отказы вызывают значительные затраты как на ликвидацию неисправностей, так и на очистку от стружки пазов и отверстий станка и приспособлений. Потери времени, связанные с воздействием стружки, существенны в общем балансе рабочего времени и должны быть учтены при анализе надежности технологического модуля. Установлена номенклатура показателей надёжности технологического модуля в связи с воздействием стружки.

В работе изучено воздействие стружки не только на технологическую систему, но и на оператора. Статическое и динамическое воздействие стружки вызывает термические и механические травмы глаз, лица, рук, и других частей тела станочника. Около половины травм и несчастных случаев при механической обработке связано со стружкой. Анализировали структуру информационного потока, воспринимаемого оператором технологического модуля, а также показатели его состояния. В потоке информации, определяющем оперативную напряженность станочника, преобладают сигналы, связанные со стружкой, так как они обладают наибольшей размерностью и частотой и, кроме того, являются основным фактором опасности технологической системы для оператора.

Внедрение резцов с предложенной формой передней поверхности и режимов их эксплуатации обеспечило снижение

расхода инструмента и повышение производительности труда на машиностроительном ^предприятии. Создана база для разработки модуля учёта параметров формирующейся стружки в САПР технологии и инструмента. Результаты работы используются в учебном процессе при подготовке инженеров средствами компьютерной техники.

Рис.3. Способ диагностики состояния инструмента. 1 - заготовка; I - резец; 3, 6 - границы секторов разлета стружки от незатупленного и ¡атупленного инструментов; 4,7 - оси секторов 3-3 и 6-6; 5, 8 - эллипсы эазлета стружки от незатупленного и затупленного инструментов; 9,10 две емкости для сбора стружки; 11 - поверхность резания; в -направление подачи; <р, - углы между подачей и направлением юлета стружки от незатупленного и затупленного инструментов

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. На основе анализа литературных данных и производственного опыта установлено, что резкое увеличение числа и разнообразия форм передней поверхности режущих пластин требует их более подробного и системного описания; методы классификации V оценивания стружки не формализованы, в силу чего учет её свойств е САПР технологии и инструмента затруднён; влияние формирования стружки на надежность технологического модуля существенно V должно учитываться в САПР технологии и инструмента, однакс структура отказов модулей под воздействием стружки не изучена, и> математические модели не развиты.

2. Передняя поверхность многогранной режущей пластинь представлена совокупностью геометрических элементов 7 типое (форма режущих кромок, лезвий; линейные «протяжные» элементь вытупы, впадины; точечные элементы выступы, впадины; форма уступов); выделены 56 признаков формы передней поверхности. Этс позволило создать систему выбора формы передней поверхности для токарных резцов, встраиваемую в САПР режущего инструмента.

3. По результатам проведенных исследований полученс аналитическое выражение комплексной оценки стружки как средней гармонической оценки четырех возможных ее состояний (пылевидное, неподвижное, стружка движущаяся из зоны резания и летящая). Комплексная оценка стружки, рассчитанная по значениям её параметров (радус витка стружки, длина витка), а также с учетом факторов обуславливающих стружкоформирование (режимы резания и т.д.), позволяет учесть ее влияние на травматизм станочника, надёжность инструмента, потери времени и другие показатели.

4. Представление показателей оптимального подбора характеристик передней поверхности режущих пластин в виде графовой модели позволило произвести экспресс-оценку, предварительный выбор формы передней поверхности для заданных условий.

5. Установлено, что при снижении жесткости технологической системы области эффективного стружкодробления смещаются, зависимости параметров стружки от режимов становятся монотонными, радиус кривизны стружки возрастает, длина её отрезка падает, а коэффициенты их вариации увеличиваются до 2 раз, что должно быть учтено при выборе формы передней поверхности пластины.

6. В лабораторных и цеховых условиях выявлено, что в областях стабильного формирования стружки распределение радиуса её кривизны подчиняется нормальному закону с коэффициентом вариации 0,1...0,3, а числа витков её отрезка и угла их подъёма -закону Вейбулла-Гнеденко с коэффициентами вариации,

соответственно, 0,2...0,8 и 0,1...1,0. При нестабильном^ формировании стружки распределения её параметров" представляют собой суперпозиции законов нормальных и Вейбулла-Гнеденко, что должно учитываться при расчете характеристик надежности токарного модуля.

7. При точении стали твердосплавным инструментом установлено, что в общем случае в течение периода стойкости температура и радиус кривизны стружки вначале экспоненциально уменьшаются в связи с лункообразованием, а затем линейно растут в связи с износом задних поверхностей. Эта зависимость отражается уравнением, которое позволяет определить границы отказа токарного модуля вследствие выхода параметра стружки за допустимые пределы.

8. При точении стали твердосплавным инструментом определено, что нанесение износостойких покрытий и, в ещё большей степени, округление режущих лезвий снижают коэффициенты вариации числа витков, угла их подъема и, особенно, радиуса кривизны стружки, что позволяет оценить эффективность износостойкого покрытия.

9. Разработан способ диагностики состояния режущего инструмента, в основу которого положены коррлеляционные связи износа пластины с кинематическими и физикомеханическими параметрами стружки, позволяющий судить о степени износа инструмента по изменению угла между направлением подачи и направлением полета стружки (защищен патентом РФ № 2098234 от 10.12.97.).

10. При исследовании структуры информационного потока, воспринимаемого оператором токарного модуля, и комплекса показателей его состояния установлено, что 60...85% повышения психофизиологической напряженности оператора обусловлено отрицательными явлениями процесса стружкообразования, что должно учитываться при расчете характеристик надежности токарного модуля.

11. В условиях Артемовского машиностроительного завода "Победа труда" использование резцов с предложенной двойной канавкой и режимов их рациональной эксплуатации повысило производительность процесса резания в 1,11 раз, снизило вспомогательное время в 1,13 раз, расход инструмента в 1,29 раз. На основе обработки данных 256 выборок параметров стружки, формируемой различными пластинами в трехмерной области режимов резания, создана программа в виде гипертекста для проведения практических занятий по курсу "Компьютерное моделирование".

Основные положения диссертации отражены в следующи> публикациях.

1. Жохова В.В., Диденко Г.П., Хает Л.Г. Автоматизированное проектирование режущего инструмента с учетом надежность-технологической системы // Актуальные проблемы качества надежности, экологии и информатики. - Бердянск: Академия проблем качества РФ, 1994. - С.55-57.

2. Гречишников В.А., Диденко Г.П., Жохова В.В. Программное обеспечение экспериментальных лабораторных работ по курс\ "Проектирование режущего инструмента" // Новые технологии обучения. - Краматорск: ДГМА, 1995. - С.62-63.

3. Диденко Г.П., Жохова В.В., Хает Л.Г. Кинетика параметроЕ стружки при точении твердосплавным инструментом // Надежность режущего инструмента и оптимизация технологических систем. • Краматорск: ДГМА, 1995. - С.44-45.

4. Хает Л.Г., Диденко Г.П., Жохова В.В. Кинетика характерист процесса резания прогрессивным инструментом // Прогрессивнна? техника и технологии машиностроения. - Донецк: ДонГТУ, 1995. ■ С.251-252.

5. Жохова В.В., Диденко Г.П., Шевляков Е.Е. Диагностике состояния тяжелонагруженного инструмента при резании II Проблемь техники, технологии и экономики машиностроительного производства - Краматорск: ДГМА, 1996. - С.46-47.

6. Жохова В.В., Диденко Г.П., Хает И.Л. Анализ информационны> потоков в технологических системах металлообработки II Новые экономические отношения и кадровое обеспечение производства. ■ Краматорск: ДГМА, 1996. - С.46-47.

7. Шаповалов В.П., Жохова В.В. Влияние износостойкогс покрытия на параметры стружки II Новые экономические отношения ь кадровое обеспечение производства. - Краматорск: ДГМА, 1996. ■ С.126-127.

8. Патент № 2098234 Российской Федерации, МКИ В23В 25/06 Способ диагностики состояния режущего инструмента / В.А Гречишников, Л.Г.Хает, В.В.Жохова, Г.П.Диденко. - Опубл. 10.12.97 бюл.№ 34.

9. Жохова В.В., Перепичаенко Е.К., Филипповский С.В Интегральная оценка эффективности формирования стружки пр1 точении // Прогрессивные технологии машиностроения I современность. - Донецк: ДонГТУ, 1997. - С.102-103.

10. Гречишников В.А., Жохова В.В. Стабильность формирована стружки как фактор обеспечения надежности технологической системы II Вестник машиностроения, 1997, №7. - С.20-25.

Всего соискателем опубликовано 19 печатных научных трудов.

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата тех-ческих наук

Жохова В.В.

Повышение эффективности токарной обработки на основе анализа па-метров процесса формообразования стружки и формы передней поверх-юти твердосплавных пластин

Сдано в набор Подписано в печать

Формат 60x90/16 Объем 1.2 уч. - изд. л.

Бумага 80 гр/м2

Тираж 90 экз. Заказ №646

Издательство "Станкин" 101472, Москва, Вадковкий пер.,

ПЛД № 53-227 от 09.02.96г.