автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.07, диссертация на тему:Повышение качества обработки за счёт улучшения конструктивно-технологических параметров резцов

На правах рукописи

005007659

Белов Павел Сергеевич

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ОБРАБОТКИ ЗА СЧЁТ УЛУЧШЕНИЯ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РЕЗЦОВ

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

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 2 ЯНВ 2012

Москва-2011

005007659

Работа выполнена на кафедре технологии машиностроения металлорежущих станков и инструментов инженерного факультета Российского университета дружбы народов.

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Рогов В. А.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Расторгуев. Г. А.

кандидат технических наук, с.н.с

Пекарский Э. М.

Ведущее предприятие:

ОАО ВНИИ «Инструмент»

Защита состоится «14» февраля 2012 г. в «15.00» часов на заседании диссертационного совета Д 212.203.16 при Российском университете дружбы народов по адресу: 113090, Москва, Подольское шоссе, дом 8/5, ауд. 109

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Российского университета дружбы народов по адресу: 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая,

Д.6.

Автореферат разослан декабря 2011 г.

диссертационного совета

Ученый секретарь

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одной из актуальных задач, стоящих перед исследователями, является повышение качества обрабатываемой поверхности за счет снижения вибраций, возникающих в процессе резания.

Появляющиеся вибрации особенно опасны на финишных операциях при работе на особо высокоточных станках, при получении нанометрической шероховатости обработки (менее 100 нм). Используя на этих станках стандартный инструмент нельзя добиться требуемого результата, так как инструмент, являясь конечной точкой контакта системы станок-инструмент-деталь и имея нано-метрическую точность, должен не только поглощать колебания, передаваемые от станка, но и иметь минимальные температурные удлинения при работе. Производство такого инструмента нельзя представить без использования современных конструкционных материалов и прогрессивных технологий.

Как показал обзор научно-технической литературы, наименее изучены вопросы, связанные со статическими и динамическими исследованиями, а также конструктивными и технологическими особенностями державок режущего инструмента, работающего с большими вылетами. Это затрудняет практическое использование данных, полученных при многочисленных практических и теоретических исследованиях, по применению композиционных материалов для изготовлении инструмента. Поэтому экспериментально-аналитические исследования, выполненные в работе, связаны с совершенствованием конструкции режущих инструментов, а именно снижением вибраций в них, которые существенно влияют на процесс резания при работе расточными резцами с большой длиной вылета за счет использования в державках различных вставок из композиционного материала.

Цель работы. Повышение качества обрабатываемой поверхности (снижение шероховатости) при тонком точении за счет улучшения конструктивно-технологических параметров расточных резцов.

Для достижения поставленной цели, были решены следующие задачи:

- разработаны конструкции демпфирующих вставок из высоконаполненно-го композиционного материала в державку расточного токарного резца;

- разработана компьютерная модель для исследования напряженно-деформированного состояния в модифицированной державке резца в зависимости от формы демпфирующих вставок из высоконаполненного композиционного материала и сравнения полученных данных с реальными экспериментами;

- разработаны методики и стенды для исследования статических и динамических характеристик расточных токарных резцов с модифицированными державками;

- определены жесткостнодемпфирующие характеристики модифицированных державок расточных токарных резцов;

- проведены экспериментальные исследования по тонкому точению для определения воздействия динамических характеристик модифицированных державок различных конструкций расточных резцов на качество получаемой поверхности;

- разработана математическая модель механической обработки заготовок резцами с модифицированными державками;

- разработана методика и стенд для исследования изменения виброакустического сигнала в зависимости от вида вставок из композиционного материала в модифицированные державки резцов;

- сформулированы рекомендации по выбору конструкции демпфирующих вставок.

Методы исследования. Диссертация основана на известных экспериментальных работах и теориях в области теории колебаний, процессов резания, динамики станков и виброакустической (ВА) диагностики механизмов. При проведении и обработке экспериментов использовались методы однофакторного и многофакторного планирования, метод конечных элементов. В работе с помощью современного программного обеспечения (АРМ Structure3D, SolidWorks, KOMFIAC-3D Vil) и средств вычислительной техники проводилось компьютерное моделирование. Эксперименты производились в лабораториях с использованием современных измерительных средств и промышленного оборудования. Результаты экспериментов обрабатывались с использованием новейших цифровых и компьютерных технологий.

Научная новизна. Разработаны экспериментальные модели модифицированных державок расточных токарных резцов со вставками из композиционного материала различных форм, обладающие высокими демпфирующими свойствами.

Разработаны методики статического, динамического и компьютерного исследования демпфирующих свойств резцов с модифицированными державками.

Созданы компьютерные модели расточных токарных резцов с модифицированными державками.

Выявлена зависимость между демпфирующими свойствами модифицированных державок, режимами резания при тонком растачивании, амплитудно-частотными характеристиками ВА сигнала и качеством получаемой поверхности.

Практическая ценность. Сформулированы практические рекомендации по выбору конструкции демпфирующих вставок.

Разработана математическая модель механической обработки заготовок резцами с модифицированными державками.

Разработаны конструкции демпфирующих вставок из высоконаполненного композиционного материала в державку расточного токарного резца.

Выявлены зависимости изменения ВА сигнала от формы демпфирующих вставок в модифицированной державке резца и вида обрабатываемого материала, которые позволяют судить о качестве получаемой поверхности.

Результаты, полученные в работе, показывают значительное улучшение качества (шероховатости) поверхностного слоя деталей обрабатываемых с применением резцов имеющих модифицированные державки с демпфирующими вставками в из высоконаполненного композиционного материала.

Апробация. Основные результаты, полученные в ходе работы над диссертацией, доложены на следующих конференциях:

б-ой международной научно-технической конференции «Прогрессивные технологии в современном машиностроении». Пенза; 2010 г.;

3-ей всероссийской конференции молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России». М.; 2010 г.;

14-ой международной научно-технической конференции «Современные технологии в машиностроении». Пенза; 2010 г.;

международной научно-практической конференции «Инженерные системы -2010». М.; 2010 г.;

международной научно-практической конференции «Инженерные системы - 2011». М.; 2011 г.;

международной научно-практической конференции «Техника и технологии: пути инновационного развития». Курск; 2011 г.;

международной молодежной научной конференции «XIX Туполевские чтения». Казань; 2011 г;

научно-технических конференциях инженерного факультета Российского университета дружбы народов.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 10 работах, в том числе 4 работы опубликованы в изданиях, рекомендуемых перечнем ВАК.

Личное участие автора в работах, опубликованных в соавторстве: В работе [1] предложены конструкции модифицированных державок расточных токарных резцов. Созданы их компьютерные модели, и проведены компьютерные исследования по определению прогибов режущей кромки резца, первой резонансной частоты и амплитуды виброперемещения вершины режущей пластины.

В работе [2] предложена методика проведения статического эксперимента. Разработан специализированный стенд для серии данных экспериментов.

В работе [3] проведено сопоставление результатов, полученных при статическом эксперименте и компьютерном моделировании.

В работе [4] разработан специализированный стенд и методика определения собственных частот расточных резцов. Проведены серии экспериментов по определению первой резонансной собственной частоты.

В работе [5] рассмотрена возможность обработки компьютерных моделей резцов с помощью модуля конечно-элементного анализа.

В работе [6] определено влияние демпфирующих вставок на конструктивно - технологические характеристики резца при приложении к нему статических, вибрационых и динамических нагрузок.

В работе [7] описано создание экспериментальных образцов расточных токарных резцов с модифицированными державками. Проведено исследование по определению величины прогиба режущей кромки резца при статическом на-гружении. Определен логарифмический декремент колебаний.

В работе [8] проведены вибрационные исследования. Разработан стенд, основанный на методе передачи колебания через основание. Определены амплитуды относительных колебаний режущей кромки резца и резцедержателя.

В работе [10] разработан специализированный стенд и методика виброакустического исследования. Получены спектры виброускорений при обработке стальных и чугунных заготовок.

Структура диссертации. Диссертация содержит введение, 5 глав, заключение, список использованных библиографических источников (131 наименование) и приложение. Общий объем текста диссертации 182 страницы, в него включены 106 рисунков и 14 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во_введении обоснована актуальность темы диссертации,

сформулированы основные цели исследования, дается общая характеристика и структурная схема работы.

В первой главе приводится анализ литературных источников, посвященных исследованиям в области тонкого точения и модификации державок токарных резцов. Рассмотрены характеристики современных композиционных материалов, применяемых для производства инструмента. Значимый вклад в становление данного научного направления внесли В.А. Рогов, Г.Г. Позняк, В.А. Гречишников, С.А. Васин, Л.А Васин, Н.Н Бородкин,В.Б. Мездрогин, В.Н. По-дураев и другие ученые.

На основании анализа литературных данных в заключительном разделе были сформулированы следующие выводы:

1. Вопросы исследования связи динамических явлений, происходящих в процессе резания и его выходных характеристик, таких как точность обработки, производительность и шероховатость поверхностного слоя обработанной детали остаются актуальными. В условиях современной металлообработки с повышением подач и скоростей резания, появлением прогрессивных инструментальных материалов и повышением требований к качеству продукции, значимость данных вопросов возрастает.

2. Современное машиностроительное производство, оснащенное высокопроизводительным станочным оборудованием с мехатронными системами, нуждается в надежном режущем инструменте, обладающем инновационными конструкциями.

3. Существует возможность значительно повысить износостойкость и качество обработки режущим инструментом за счет улучшения конструктивно-технологических параметров державок режущего инструмента.

4. В настоящее время проведенными практическими и теоретическими исследованиями подтверждена возможность использования композиционных материалов при изготовлении элементов инструмента и оснастки.

5. В литературных источниках недостаточно внимания уделено статическим и динамическим исследованиям инструмента с комбинированными державками, работающими при больших вылетах.

Вторая глава диссертации посвящена компьютерному исследованию по выбору рациональной конструкции виброгасящих вставок в модифицированную державку расточного токарного резца марки Б32Х-МСЬЖ 12-ВЬ 12 с ромбическими пластинами и материалом державки сталь 40Х. Для этого были предложены формы сечения модифицированных державок токарных резцов с виброгасящими вставками (рис. 1).

в

Рис. 1. Формы сечения модифицированных державок.

Качественные и количественные характеристики державок предложенных конструкций, представленных на рис. 1, очень разнообразны. Для определения физико-механических характеристик модифицированных державок сборного расточного токарного резца и выявления наиболее рациональной конструкции виброгасящих вставок из синтеграна в его державке была создана объемная 3D модель. Произведен компьютерный анализ на основе метода конечных элементов в модуле конечно-элементного анализа АРМ Structure 3D, входящей в состав системы АРМ WinMachine. Температурные и силовые нагрузки, действующие на компьютерную модель, принимались равными реальным действующим при обработки заготовок тонким точением. Результирующая сила резания составляла 52Н (40.5Н по оси OZ, 24.5Н по оси OY и 21.4Н по оси ОХ), прижимающая сила каждого болта резцедержателя на резец - 5592Н, температура резания 400°С.

Компьютерный аиализ включал в себя определение величины перемещения режущей кромки резца при статическом и тепловом нагружениях, вычисление первой резонансной частоты собственных колебаний и амплитуд вынужденных колебаний режущей кромки резца при нескольких величинах вылетов от 40 до 120мм.

Установлено, что цельнометаллические державки расточного токарного резца отличаются от модифицированных большей стабильностью при статическом нагружении с увеличением вылета. Причина - сечения модифицированных державок ослаблены прорезями и отверстиями. Однако с увеличением объемной доли композита в составе державки расширение при нагреве снижается до 10%. Изменение первой резонансной частоты собственных колебаний обусловлено не только размерами вставок из композита, но и их формой.

Пришели к выводу, что оптимальное использование композиционного материала может быть в сочетании с металлическим каркасом тогда, когда наиболее напряженные участки конструкции державки резца выполняются из металла, а полости заполняются композиционным материалом.

В третьей главе было проведено статическое исследование расточных токарных резцов с модифицированными державками.

Для проведения исследований изготовили экспериментальные образцы расточных токарных резцов с модифицированными державками. Для изготовления эксперементальных образцов использовались десять цельнометаллических державок расточных токарных резцов. В этих державках сверлением и фрезерованием были получены канавки и отверстия на 75% длины резца со-

7

гласно рис. 1. Образовавшиеся свободные полости были заполнены высокона-полненным композиционным материалом с высокими демпфирующими свойствами - синтеграном, в виде смеси из гранитной крошки трех размерных фракций 3-1,5мм, 1,5-0,5мм и менее 0,5мм (рис 4) и композита.

Рис. 3. Расточные токарные резцы с ка- а) б) в)

навками и отверстиями. Рис. 4. Гранитная крошка фракции: а)

менее 0,5мм, б) 1,5-0,5мм в) 3-1,5мм.

Для определения статических характеристик исследуемых резцов, был разработан стенд (рис 5), состоящий из:

- приспособления для закрепления и ориентации резца;

- системы нагружения режущей кромки резца силой, имитирующей силу при резании;

- измерительного комплекса аппаратуры.

Принципиальная схема стенда для исследования статических характеристик сборных расточных резцов показана на рис. 5.

Рис. 5. Схема стенда для проведения статических исследований.: 1 - резцедержатель, 2 - нагружающее устройство, 3 - динамометр, 3 - измерительное устройство Изучение картины перемещения режущей кромки расточного токарного резца позволило построить зависимости «нагрузка-прогиб» для каждого резца при трех величинах вылетов (40, 80, 120мм) в форме петель гистерезиса.

По полученным графическим зависимостям в виде петель гистерезиса определили демпфирующие способности расточных токарных резцов, главным показателем которых, является логарифмический декремент колебаний в

где Ч*- коэффициент диссипации энергии - количественный показатель демпфирования. Коэффициент диссипации энергии, определяемый как отношение площади между кривыми нагружения и разгрузки при статических исследованиях к площади между кривой нагружения и осью абсцисс.

Полученные расчетные данные были сведены в графические зависимости логарифмического декремента колебаний от вылета и вида сечения державки (рис. 6).

Рис. 6. Графические зависимости логарифмического декремента колебаний от вылета и вида сечения державки.

Для проверки экспериментальных данных были проведены исследования аналогичной компьютерной модели, с идентичными условиями нагружения, в программном модуле Cosmos Works. В результате последовательного нагружения модели были получены графики, на которых отразилась зависимость величины перемещения режущей кромки токарного резца от величины нагружения и вида сечения державки.

Результаты, полученные методом статического эксперимента и с использованием программного модуля Cosmos Works, обрабатывались в программе Excel, в которой данные приводились к одинаковым размерностям и сравнивались.

Установлено, что экспериментальная модель, исследованная при помощью стендов, ведёт себя идентично компьютерной, исследуемой в программном модуле Cosmos Works (расхождение полученных результатов менее 10%). Из результатов проведенных исследований следует вывод, что компьютерная модель адекватна и может применяться для определения величины прогиба режущей кромки токарного резца.

В зависимости от формы вставок изменяется величина перемещений и расхождение кривых деформации вершины резца при нагружении и разгрузке. Это объясняется разностью сочетаний объемных долей металла и синтеграна в державке и площадью их соприкосновения, а также моментом инерции металлического каркаса державки.

С уменьшением вылета резца уменьшается прогиб и расстояние между кривыми деформации вершины резца при нагружении и разгрузке. Эта зависимость возникает не только от того, что уменьшается расстояние от нагружаемой точки до места жесткого закрепления резца, но и от того, что на самом конце резца синтеграновые вставки отсутствуют и в гашении колебаний не учувствуют.

Уменьшение амплитуды колебательного процесса, то есть демпфирующая способность державок резцов, непосредственно зависит от величины прогиба конструкции, которая объясняется различным объемом сочетаемых материалов и их формами в модифицированной державке, а также демпфирующими способностями материала вставок.

Наибольшие демпфирующие способности проявляются у резцов с сечениями державки 1,2,4,5,8 и 9 (см. рис. 1) при вылете 80мм. Это объясняется тем, что синтеграновые вставки в резце находятся уже в вывешенной части, а влияние их на несущую способность конструкции еще не столь велико. С увеличением вылета до предельно возможного, а именно до 120мм, демпфирующие способности модифицированных державок падают.

Четвертая глава посвящена динамическим исследованиям расточных токарных резцов.

Были проведены исследования по определению значения собственных частот колебаний расточных токарных резцов, величины увеличения амплитуды колебаний режущей кромки инструмента относительно резцедержателя при этих частотах, модального демпфирования и модальной податливости державок.

Для определения значения собственных частот колебаний расточных токарных резцов был разработан стенд (рис. 7).

персональны! ксмыггер

г

6ШШ& ег | * зец 1

Рис. 7. Схема стенда по определению собственных частот токарных резцов.

Вылеты державок резцов дискретно варьировались: 80; 100; и 120мм. На рабочую часть резца с нижней стороны с помощью специального клея наклеивался пьезоэлектрический акселерометр КБ-35 Для возбуждения свободных затухающих колебаний по концу резца наносились легкие удары резиновым молоточком. Эти колебания фиксировались датчиком КБ 35 и передавались через многофункциональный анализатор спектра А17-118 на персональный компьютер для визуализации результатов.

На основании полученных значений первых резонансных частот была построена гистограмма зависимости величины первой резонансной частоты расточных токарных резцов от вылета и сечения державок (рис. 8).

Рис. 8. Гистограмма зависимости величины первой резонансной частоты

от вылета.

ю

а) б)

Рис. 9. Стенд по определению собственных частот и амплитуд относительных колебаний токарных резцов: а) общий вид, б) схема.

Для определения значения величины увеличения амплитуды колебаний режущей кромки токарного резца относительно резцедержателя при собственных частотах был разработан стенд (рис. 9). Резцы закреплялись в резцедержателе с вылетами 80, 100 и 120мм поочередно. Резцедержатель устанавливался на подвижный столик электродинамического вибратора. Возбудителем колебаний нужной частоты, а именно собственной первой резонансной, служил генератор звукового типа ГЗ-117, оборудованный цифровым частотомером. Амплитуда определялась методом относительных колебаний при помощью пары пьезоэлектрических акселерометров, закрепленных на не зажатом конце резца в близи режущей кромки, и на резцедержателе возле места крепления резца. Сигналы с пьезоэлектрических акселерометров передавались через многофункциональный анализатор спектра А17-118 на персональный компьютер для визуализации результатов.

На основании полученных значений величины увеличения амплитуды колебаний режущей кромки токарного резца относительно резцедержателя при собственных частотах была построена гистограмма зависимости относительной амплитуды колебаний от вылета и сечения державки (рис. 10).

вылет, мм.

Рис. 10. Гистограмма зависимости относительной амплитуды колебания от вылета.

Установлено, что с увеличением вылета с 80 до 120мм независимо от геометрических и объемных составляющих вставок державки собственная частота резца уменьшается в 2,3 раза, а амплитуда колебаний конца режущего инструмента относительно резцедержателя возрастает на 40%. Это объясняется тем, что незакрепленная часть резца увеличивается. В первом случае это происходит

п

потому, что с увеличением размеров тела его собственная частота падает, во втором же, в связи с отдалением движущегося конца резца от не подвижного, расстояние между ними возрастает, а значит увеличивается и длина траектории колебания одной части относительно другой.

С использованием модифицированных державок со вставками из композиционного материала собственная частота и амплитуда колебаний режущей кромки резца относительно резцедержателя уменьшается. Это происходит в связи с различными значениями модуля упругости и плотности металла и син-теграна, а именно эти значения у синтеграна в несколько раз ниже, чем у стали 40Х, а значит синтегран обладает лучшими демпфирующими свойствами.

Изменение первой резонансной частоты собственных колебаний, а именно снижение ее значения до 27%, дает возможность исключить появления резонансных вибрации при использовании более выгодных режимом резания совпадающих по своей частоте с первой резонансной частотой резца. Снижение же амплитуды колебаний режущей кромки токарного резца относительно резцедержателя позволяет полностью исключить вибрационные коридоры при задаче режимов резания.

Наибольшее уменьшение первой резонансной собственной частоты колебаний и амплитуды колебаний конца режущего инструмента относительно резцедержателя происходит у резцов под номерами 1,3,7 и 8 (см. рис. 1).

Для определения значения модального демпфирования и модальной податливости был разработан стенд (рис. 11).

предусшхтли | | I ~

РИЩ I

Рис. 11. Схема стенда для определения модальных коэффициентов.

При проведении эксперимента резец закреплялся в резцедержателе с вылетом 120 мм. На державку резца устанавливалась регистрирующая аппаратура - два пьезоэлектрических акселерометров кд35. Аналоговый сигнал, передаваемый ими, поступал через предусилители и усилители на аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Возбудителем сигнала служил динамометрический молоток. Посредством молотка по вывешенному концу резца наносились равномерные по силе удары с постоянной периодичностью. При ударах в динамометрическом молотке также вырабатывался аналоговый сигнал, который передавался через усилитель на АЦП. Все сигналы, поступаемые на АЦП, преобразовывались из аналогового вида в цифровой и передавались на персональный компьютер для последующей обработки и визуализации.

В результате проведенного эксперимента были получены амплитудноча-стотные характеристики пяти расточных токарных резцов под №1,3,7,8 и 0 (см. рис. 12), присвоенными согласно рис. 1. Вылет при закреплении резца в резцедержатель составлял 120мм.

ч

при ударениях о них динамометрическим молотком.

Полученные амплитудночастотные характеристики каждого резца в отдельности подвергались точечно-линейному сканированию для внесения в программный комплекс IMS-1. Полученная компьютерная модель аппроксимировалась с экспериментальной амплитудно-частотной характеристикой за счет подбора модальных параметров. В результате были получены модальные коэффициенты демпфирования и податливости для двух первых собственных резонансных частот (табл. 1).

Таблица 1

Таблица оценок модальных параметров.

№ сечения Модальные параметры на первой собственной частоте Модальные параметры на второй собственной частоте

собственная частота, Гц модальный коэффициент демпфирования модальная податливость собственная частота, Гц модальный коэффициент демпфирования модальная податливость

0 1140 0,0116 0,64 1229 0,0138 0,57

1 820 0,0491 2,49 917 0,0506 2,2

3 991 0,0286 0,55 1000 0,0302 0,49

7 956 0,0448 0,59 994 0,0371 0,61

8 918 0,0503 0,94 976 0,0477 0,86

Все резцы с модифицированными державками отличаются более высокими значениями модального коэффициента демпфирования, что объясняется наличием в державках вставок из высоконаполненного композиционного материала, обладающего высокими демпфирующими способностями.

Модальная податливость державок, как и модальный коэффициент демпфирования, непосредственно зависят от формы синтеграновых вставок. Первая зависит от жесткости металлического каркаса, оставшегося после проделывания канавок и отверстий для заполнения композиционного материала. Вторая же - от величины этих вставок.

Сходство полученных значений резонансных частот при проведении этой серии экспериментов с другими, поведенными ранее, доказывает адекватность этих экспериментов.

Наилучшее сочетание значений модальной податливости и модального демпфирования показал резец с державкой под № 3 на частоте сходной с его первой резонансной частотой. Модальная податливость этого резца на 14% меньше податливости стандартного цельнометаллического резца такой же конструкции, а модальный коэффициент демпфирования в 2,5 раза больше.

В пятой главе проведено исследование влияния конструкции демпфирующих вставок в державке резца на качество обработанной поверхности.

Эксперимент, проведенный на станке 16К20ВФ1 стандартным резцом и его модификациями при постоянных значениях скорости резания V = 455м/мин, глубине резания I = 0,15мм, подаче 8 = 0,06мм/об и вылете Ь = 120мм, дал возможность определить значения параметра шероховатости (рис. 13) обрабатываемой поверхности Яа для всех испытуемых резцов и выбрать наилучшие конструкции демпфирующих вставок в модифицированной державке расточного токарного резца для проведения следующей серии однофак-торных экспериментов.

01 234 5 6789 10 № резца

Рис. 13. Гистограмма зависимости шероховатости от вида сечения державки.

На основании проведенных однофакторных экспериментов по резанию был отобран резец обладающей наилучшей конструкцией модифицированной державки под №3 и для него проделаны полнофакторные эксперименты 24. В результате данных полученных при проведении полнофакторных экспериментов 24 были сформулированы математические модели для стандартного резца

Яа = 6.808 • 7~0261 211 .(0045£0Л23 и для резца с комбинированной державкой под № 3 Л.а = 1,155 ■ V032 • я0'05 • Установлено, что использование в державке резца демпфирующих вставок улучшает шероховатость поверхности на 30%. При этом резцы, обладающие меньшей жесткостью державки при больших нагрузках (увеличении глубины резания, подачи или скорости), имеют более худшие значения шероховатости обрабатываемой поверхности, а при меньших нагрузках наоборот. Улучшение значения шероховатости у этих резцов при меньших нагрузках обуслав-

ливается большим объемом демпфирующей вставки, которая обладает меньшей несущей способностью, но в несколько раз лучше поглощает колебания.

Также в данной главе проведено исследование виброакустического сигнала, получаемого при работе резцами с модифицированными державками. Для проведения виброакустического исследования был разработан стенд (рис. 14).

Эксперимент производили на станке 16К20ВФ1 резцом для чистовой обработки со стандартной державкой и ее модификациями под номерами 1,3,7,8 с вылетом 120мм (п = ЮООмин"1,1 = 0,15мм, Б = 0,06мм/об). При проведении эксперимента обрабатывались заготовки из стали 45, внутренний диаметр 145мм и чугуна СЧ 40, внутренний диаметр 42мм твердость НВ 131. В стальной заготовке предварительно в радиальном направлении были выфрезерованы три канавки, расположенные равномерно по окружности.

Выбор таких заготовок был не случайным. Канавки прерывали сливную стружку и освобождали вершину резца от ее стабилизирующего влияния. Суть метода основывается на анизотропии жесткости вершины резца и присутствии координатной связи. Последняя проявляется в том, что, например, под действием тангенциальной силы вершина резца смещается не только в тангенциальном направлении, но и в других перпендикулярных направлениях. Это явление имеет отношение не только к статической, но и к динамической жесткости, проявление которой при резании наблюдаются в виде пространственных вибраций. Чем больше податливость и влияние координатной связи и чем меньше демпфирование, тем больший объем занимают пространственные вибрации вершины инструмента.

Ситуация в значительной степени зависит от характера снимаемой стружки. При сливной стружке режущая кромка резца находится в состоянии всестороннего сжатия, допускающего ее свободное смещение только в тангенциальном направлении. Такая стружка препятствует проявлению координатной связи, стабилизируя положение режущей кромки, позволяя получать более высокую чистоту поверхности. Стабилизирующее влияние сыпучей стружки существенно ниже, поскольку влияние координатной связи гораздо заметнее.

Наличие шпоночного паза при резании освобождает энергию, накопленную в упругой системе к моменту выхода в шпоночный паз и прекращения стабилизирующего действия стружки. Освобожденная на время режущая кромка токарного резца совершает колебательные движения, отображающие совершенство самой конструкции инструмента. Эти причины и послужили основа-

Рис. 14. Схема стенда с системой диагностики

нием для использования в эксперименте двух заготовок из чугуна и стали, и прорезке в стальной заготовке трех шпоночных пазов по окружности.

После получения виброакустического сигнала для испытуемого резца станок останавливали и производили измерение шероховатости обрабатываемой поверхности детали.

В результате проведенного эксперимента были получены спектры виброакустического сигнала и значения шероховатости поверхности, показанные на рис. 15 - 16.

и—.............V*---------

1) 2) Рис. 15. Спектр виброускорений, получаемый при обработке заготовки сдатчика расположенного в вертикальной плоскости для резцов под № 1,3,7,8 и 0 соответственно: 1) стальной, 2) чугунной.

1.4 4-

г ',Д I

а) б)

Рис. 16. Гистограмма зависимости шероховатости обрабатываемой поверхности от вида сечения державки при обработке: а) стальной заготовки с тремя канавками, б) чугунной.

Установлено, что при внедрении в державку резца вставок из высокона-полненного композиционного материала - синтеграна амплитуда ускорения уменьшается и сигнал становиться более однородным. Это объясняется способностью синтеграна в несколько раз лучше демпфировать колебания, по

16

сравнению с металлом. В некоторых случаях амплитуда не уменьшается, эта закономерность свидетельствует о том, что синтеграновые вставки ослабляют жесткость несущего каркаса державки.

Значения амплитуд ускорений выше при обработке чугунной заготовки по сравнения со стальной с тремя канавками. Причиной этому являются колебания силы резания, происходящие значительно чаще - при отлетании каждой сегментной стружки от чугунной заготовки, чем при резании стальной заготовки с тремя канавками - всего три раза, а значит и амплитуды виброакустического сигнала будут выше.

Качество обрабатываемых поверхностей деталей, имеющих сегментную стружку при обработке или канавки в направлении перпендикулярном направлению резания, значительно лучше для резцов под номерами 3 и 7, и практически не ухудшается по сравнения с качеством идентичной детали, обладающей при резании сливной стружкой и не имеющей канавок.

Основные результаты и выводы

В результате выполненной работы решена задача имеющая существенное значение для машиностроения и состоящая в повышении качества обрабатываемой поверхности (снижение шероховатости) при тонком точении за счет улучшения конструктивно-технологических параметров расточных резцов.

1. Разработаны модели расточных токарных резцов с повышенными демпфирующими свойствами и установлены рациональные сочетания вставок из высоконаполненного композиционного материала в металлический каркас державки, что позволило повысить качество (снизить шероховатость) обработанной поверхности до 30%, и улучшить несущую способность обрабатываемой поверхности.

2. Разработаны методики статического, динамического и виброакустического исследований, позволяющие выбрать рациональные конструкции вибро-гасящих вставок из высоконаполненного композиционного материала в державку резца и дающие возможность использования данных резцов в конкретных условиях производства.

3. Разработана математическая модель механической обработки заготовки резцом с модифицированной державкой, позволяющая прогнозировать получаемые значения шероховатости для конкретных режимов резания.

4. Определены статические и динамические характеристики модифицированных державок, которые можно использовать для практического применения при расчетах демпфирующих способностей.

5. Наилучшими жесткостнодемпфирующими характеристиками из рассмотренных сечений обладает расточной токарный резец с модифицированной державкой под №3 на частоте сходной с его первой резонансной частотой. Модальная податливость этого резца на 14% меньше податливости стандартного цельнометаллического резца такой же конструкции, а модальный коэффициент демпфирования в 2,5 раза больше.

6. Проведены экспериментальные исследования зависимости влияния параметров резания и формы демпфирующих вставок в державке резца на шероховатость поверхности при тонком точении, что позволило разработать матема-

тическую модель механической обработки заготовок. Подтверждено, что повышение демпфирующих свойств, связанных со свойствами материалов державки, приводят к уменьшению шероховатости с Ra-1,3 до Яа-0,7мкм.

7. Виброакустические исследования показали уменьшение колебаний у резцов, обладающих оптимальными жесткостнодемпфирующими свойствами при обработке стальных деталей в 5,5 раз в вертикальной плоскости и в 2,5 раза в горизонтальной. При рациональном сочетании данных свойств жесткий металлический каркас модифицированной державки дает минимальные прогибы, а возникающие колебания поглощаются демпфирующими вставками.

8. В условиях тонкого точения наиболее рациональной конструкцией модифицированных вставок в державке резца является сочетание тонких прослоек из демпфирующего материала в плоскостях соприкосновения державки с опорной поверхностью и зажимающими болтами, не влияющих на несущую способность металлического каркаса, и замещение части металла композиционным материалом в менее нагруженных внутренних слоях державки.

9. Сравнение результатов, полученных в реальных экспериментах с компьютерными моделями, показало сходимость их значений более 90%. Исходя из этого следует вывод, что компьютерная модель адекватна и может применяться для определения величины прогиба режущей кромки резца при статических нагружениях и определения собственных резонансных частот.

10. Даны рекомендации по выбору оптимальной конструкции виброгася-щих вставок в круглую державку расточного резца.

11. Результаты исследований и разработанная технология изготовления модифицированных (комбинированных) державок приняты к промышленному применению на предприятии: ИП «Егорьевский механический завод».

Основные материалы диссертации опубликованы в следующих работах:

1 Белов П.С. Компьютерное исследование по выбору оптимальной конструкции виброгасящих вставок в державке токарного резца./ Рогов В.А. Белов П.С. // Вестник РУДН, Сер. «Инженерные исследования». - М.; 2010. - №3. - с. 12-17.

2 Белов П.С. Статическое исследование расточных токарных резцов со вставками из высоконаполненного композиционного материала, обладающего демпфирующими свойствами. / Рогов В.А. Белов П.С. // 6 Международная научно-техническая конференция «Прогрессивные технологии в современном машиностроении». Сборник статей. - Пенза 2010. с. 127 - 129.

3 Белов П.С. Подтверждение адекватности компьютерных моделей расточных токарных резцов путем сравнения их с данными, полученными при статическом эксперименте. / Рогов В.А. Белов П.С. // Третья Всероссийская конференция молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России». Сборник трудов. - М.; 2010. - с. 18.

4 Белов П.С. Экспериментальное определение значения собственных частот колебаний расточных токарных резцов со вставками из высоконаполненного композиционного материала. / Рогов В.А. Белов П.С. // 14 Междуна-

родная научно-техническая конференция «Современные технологии в машиностроении». Сборник статей - Пенза 2010. с. 82 - 85.

5 Белов П.С. Исследование конструкции демпфирующих вставок из композиционного материала в державке токарного резца с помощью модуля ко-нечно-элемеитного анализа. / Рогов В.А. Белов П.С. // Международная научно-практическая конференции «Инженерные системы - 2010». Сборник статей. -М.; 2010.-с. 313-316.

6 Белов П.С. Влияние демпфирующих вставок из композиционного материала в державке токарного резца на его характеристики. / Рогов В.А. Белов П.С. // Международная научно-практическая конференции «Инженерные системы-2011». Сборник тезисов. - М.; 2011.-е. 135.

7 Белов П.С. Исследование демпфирующих способностей конструкций расточных токарных резцов со вставками из высоконаполненного композиционного материала. / Рогов В.А. Белов П.С. // Вестник машиностроения - М.; 2011. - №6. - с.69 - 71.

8 Белов П.С. Исследования вибрационных характеристик вариантов конструкций державок расточных токарных резцов со вставками из высоконаполненного композиционного материала. / Рогов В.А. Белов П.С. // Технология машиностроения - М.; 2011. - №8. - с.28-32.

9 Белов П.С. Методика исследования влияния режимов резания на качество обрабатываемой поверхности с применением резцов с комбинированными державками. / Белов П.С. // Международная научно-практическая конференции «Техника и технологии: пути инновационного развития». Сборник статей. -Курск, 2011.-е. 46 -48.

10 Белов П.С. Выбор рациональной конструкции державок резцов, оснащенных композиционными демпфирующими вставками. 1 Рогов В.А. Козоч-кин М.П. Белов П.С. // Технология машиностроения - М.; 2011. - №10. - с.25-27.

Белов Павел Сергеевич

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ОБРАБОТКИ ЗА СЧЁТ УЛУЧШЕНИЯ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РЕЗЦОВ

Диссертация посвящена исследованию повышения качества обрабатываемой поверхности детали за счет внедрения в державку расточного токарного резца вставок из высоконаполненного композиционного материала синтеграна. Разработаны конструкции демпфирующих вставок из высоконаполненного композиционного материала в державку расточного токарного резца. Проведено исследование влияния формы вставок в державке резца на колебание рабочей части резца с помощью физической и компьютерной модели резца. Разработаны методики статического и динамического исследования модифицированных резцов. Приведены данные виброакустического исследования, которые позволили выявить и оценить связь между формой демпфирующих вставок материалом обрабатываемой детали и качеством обработанной поверхности.

Belov Pavel Sergeevich

IMPROVING THE QUALITY OF TREATMENT AT THE EXPENSE OF IMPROVEMENT STRUCTURAL AND TECHNOLOGICAL PARAMETERS

CUTTERS

The dissertation is devoted to improve the quality machined workpiece surface through the introduction of a boring lathe tool holder inserts of highly filled composite material sintegrana. Have designed a damping inserts of highly filled composite material in a lathe tool holder boring. The influence of the form of inserts in the tool holder on the cutter blade oscillation of the working part through physical and computer models of the tool. The techniques of static and dynamic study of modified incisors. Data are presented vibroacoustic studies to identify and evaluate the relationship between the shape of the damping material inserts and workpiece surface quality.

Введение.

Глава 1 Анализ состояния вопроса влияния конструктивно-технологических параметров резцов при тонком точении на качество обрабатываемой поверхности.

1.1 Особенности применения тонкого точения в машиностроении.

1.2 Разновидности державок сборных токарных резцов.

1.3. Композиционные материалы и применение их в машиностроении.

1.4. Выводы и постановка задач исследования.

Глава 2. Компьютерное исследование по выбору рациональной конструкции виброгасящих вставок в державке расточного токарного резца.

2.1. Постановка задачи исследования.

2.2 Объект исследования.

2.3 Методика компьютерного моделирования напряженно-деформированного состояния в державке расточного токарного резца.

2.4 Анализ данных, полученных при компьютерном моделировании напряженно-деформированного состояния в державке расточного токарного резца.

2.5 Выводы по главе.

Глава 3. Статическое исследование расточных токарных резцов со вставками из высоконаполненного композиционного материала, обладающего демпфирующими свойствами.

3.1 Постановка задачи исследования.

3.2 Методика статического исследования расточных токарных резцов со вставками из высоконаполненного композиционного материала экспериментальным методом.

3.2.1 Стенд для статических исследований сборных резцов.

3.2.2 Технология изготовления опытных образцов.

3.3 Методика статического исследования расточных токарных резцов со вставками из высоконаполненного композиционного материала при помощи программного комплекса конечно-элементного анализа.

3.4 Анализ результатов, полученных при экспериментальном статическом исследовании.

3.5 Анализ данных полученных при компьютерном исследовании.

3.6 Сравнение результатов, полученных с помощью компьютерных моделей и статического эксперимента. Выводы по главе.

Глава 4. Динамические исследования расточных токарных резцов со вставками из высоконаполненного композиционного материала, обладающего демпфирующими свойствами.

4.1 Вибрационные исследования.

4.1.1 Постановка задачи исследования.

4.1.2 Методика экспериментального определения значения собственных частот колебаний режущего инструмента и величины увеличения амплитуды колебаний режущей кромки инструмента относительно резцедержателя при этих частотах.

4.1.2.1 Описание устройства и работы стенда для определения значения собственных частот колебаний расточных токарных резцов.

4.1.2.2 Описание стенда для определения величины увеличения амплитуды колебаний режущей кромки инструмента относительно резцедержателя при собственных частотах колебаний расточных токарных резцов.

4.1.3 Анализ данных, полученных при вибрационных экспериментах.

4.1.4 Выводы по разделу.

4.2 Определение модального демпфирования и модальной податливости державок расточных токарных резцов со вставками из высоконаполненного композиционного материала.

4.2.1 Постановка задачи исследования.

4.2.2 Методика проведения эксперимента.

4.2.3 Результаты эксперимента по определению модального демпфирования и модальной податливости.

4.2.4 Выводы по разделу.

Глава 5. Влияние демпфирующих вставок на улучшение шероховатости поверхности обрабатываемого материала при резании.

5.1 Исследования влияния режимов резания на качество обработанной поверхности при обработке резцами с модифицированными державками.

5.1.1 Однофакторные эксперементы по влиянию режимов резания на качество получаемой поверхности.

5.1.1.1 Постановка задачи исследования.

5.1.1.2 Методика исследования.

5.1.1.3 Анализ данных.

5.1.2 Полно-факторный эксперимент (ПФЭ-24) для определения зависимости шероховатости от вида державки и режимов резания.

5.1.3 Выводы по разделу.

5.2 Исследование виброакустического излучения при внедрении в державку резца вставок из высоконаполненного композиционного материала.

5.2.1 Постановка задачи виброакустического исследования.

5.2.2. Описание экспериментального стенда исследования виброакустического сигнала.

5.2.3. Анализ данных полученных при исследовании виброакустического сигнала.

5.2.4 Выводы по исследованию виброакустического сигнала. 161 Рекомендации по выбору оптимальной конструкции виброгасящих вставок в круглую державку расточного резца.

Выводы.

В настоящее время перед специалистами, работающими в машиностроении, стоит ряд актуальных задач. Этими задачами являются: повышение конкурентоспособности и технологического уровня режущего инструмента и металлообрабатывающего оборудования, повышение производительности и снижение себестоимости металлообработки. Одним из главных направлений снижения затрат на себестоимости производства изделий является повышение производительности металлообработки за счёт повышения скорости резания и применения более прогрессивных конструкций режущих инструментов.

Постоянное требование к повышению технико-экономических и эксплуатационных характеристик режущего инструмента ведет к необходимости поиска новых конструкционных материалов, способных по своим характеристикам заменять традиционно используемые стали и чугуны.

Основным направлением развития современного машиностроительного производства, является автоматизация, которая выдвигает повышенные требования к обрабатывающему инструменту с целью увеличения производительности труда. С внедрением автоматизации в технологическую цепочку производства интенсифицируются не только режимы резания, но и диапазоны регулирования приводов, мощности, скорости перемещения подвижных узлов станков, а также нагрузки действующие на них. Это служит причины значительного роста колебаний и тепловыделений, которые отрицательно воздействуют на точность обработки и приводят к ускоренному износу режущего инструмента. Увеличивающиеся вибрации исполнительных органов станков передаются на заготовку через инструмент, приспособления, и оснастку, в следствии чего качество обработки существенно снижается, как по шероховатости поверхности, так и по точности.

Появляющиеся вибрации особенно опасны на финишных операциях при работе на особо высокоточных станках, при получении нанометрической шероховатости обработки (менее 100 нм). Используя на этих станках стандартный инструмент нельзя добиться требуемого результата, так как инструмент, являясь конечной точкой контакта системы станок-инструмент-деталь и имея нанометрическую точность, должен не только поглощать колебания, передаваемые от станка, но и иметь минимальные температурные удлинения при работе. Производство такого инструмента нельзя представить без использования современных конструкционных материалов и прогрессивных технологий.

Как показал обзор научно-технической литературы, наименее изучены вопросы, связанные со статическими и динамическими исследованиями, а также конструктивными и технологическими особенностями державок режущего инструмента, работающего с большими вылетами. Это затрудняет практическое использование данных, полученных при многочисленных практических и теоретических исследованиях, по применению композиционных материалов для изготовления инструмента. Поэтому экспериментально-аналитические исследования, выполненные в работе, связаны с совершенствованием конструкции режущих инструментов, а именно снижением вибраций в них, которые существенно влияют на процесс резания при работе расточными резцами с большой длиной вылета за счет использования в державках различных вставок из композиционного материала.

Цель работы. Повышение качества обрабатываемой поверхности (снижение шероховатости) при тонком точении за счет улучшения конструктивно-технологических параметров расточных резцов.

Для достижения поставленной цели, были решены следующие задачи: разработаны конструкции демпфирующих вставок из высоконаполненного композиционного материала в державку расточного токарного резца;

- разработана компьютерная модель для исследования напряженно-деформированного состояния в модифицированной державке резца в зависимости от формы демпфирующих вставок из высоконаполненного композиционного материала и сравнения полученных данных с реальными экспериментами;

- разработаны методики и стенды для исследования статических и динамических характеристик расточных токарных резцов с модифицированными державками; определены жесткостнодемпфирующие характеристики модифицированных державок расточных токарных резцов;

- проведены экспериментальные исследования по тонкому точению для определения воздействия динамических характеристик модифицированных державок различных конструкций расточных резцов на качество получаемой поверхности;

- разработана математическая модель механической обработки заготовок резцами с модифицированными державками;

- разработана методика и стенд для исследования изменения виброакустического сигнала в зависимости от вида вставок из композиционного материала в модифицированные державки резцов; сформулированы рекомендации по выбору конструкции демпфирующих вставок.

Методы исследования. Диссертация основана на известных экспериментальных работах и теориях в области теории колебаний, процессов резания, динамики станков и виброакустической (ВА) диагностики механизмов. При проведении и обработке экспериментов использовались методы однофакторного и многофакторного планирования, метод конечных элементов. В работе с помощью современного программного обеспечения (АРМ Structure3D, SolidWorks, KOMHAC-3D Vil) и средств вычислительной техники проводилось компьютерное моделирование. Эксперименты производились в лабораториях с использованием современных измерительных средств и промышленного оборудования. Результаты экспериментов обрабатывались с использованием новейших цифровых и компьютерных технологий.

Научная новизна. Разработаны экспериментальные модели модифицированных державок расточных токарных резцов со вставками из композиционного материала различных форм, обладающие высокими демпфирующими свойствами.

Разработаны методики статического, динамического и компьютерного исследования демпфирующих свойств резцов с модифицированными державками.

Созданы компьютерные модели расточных токарных резцов с модифицированными державками.

Выявлена зависимость между демпфирующими свойствами модифицированных державок, режимами резания при тонком растачивании, амплитудно-частотными характеристиками ВА сигнала и качеством получаемой поверхности.

Практическая ценность. Сформулированы практические рекомендации по выбору конструкции демпфирующих вставок.

Разработана математическая модель механической обработки заготовок резцами с модифицированными державками.

Разработаны конструкции демпфирующих вставок из высоконаполненного композиционного материала в державку расточного токарного резца.

Выявлены зависимости изменения В А сигнала от формы демпфирующих вставок в модифицированной державке резца и вида обрабатываемого материала, которые позволяют судить о качестве получаемой поверхности.

Результаты, полученные в работе, показывают значительное улучшение качества (шероховатости) поверхностного слоя деталей обрабатываемых с применением резцов имеющих модифицированные державки с демпфирующими вставками в из высоконаполненного композиционного материала.

Апробация. Основные результаты, полученные в ходе работы над диссертацией, доложены на следующих конференциях:

6-ой международной научно-технической конференции «Прогрессивные технологии в современном машиностроении». Пенза; 2010 г.;

3-ей всероссийской конференции молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России». М.; 2010 г.;

14-ой международной научно-технической конференции «Современные технологии в машиностроении». Пенза; 2010 г.; международной научно-практической конференции «Инженерные системы - 2010». М.; 2010 г.; международной научно-практической конференции «Инженерные системы - 2011». М.; 2011 г.; международной научно-практической конференции «Техника и технологии: пути инновационного развития». Курск; 2011 г.; международной молодежной научной конференции «XIX Туполевские чтения». Казань; 2011 г; научно-технических конференциях инженерного факультета Российского университета дружбы народов.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 10 работах, в том числе 4 работы опубликованы в изданиях, рекомендуемых перечнем ВАК.

Структура диссертации. Диссертация содержит введение, 5 глав, заключение, список использованных библиографических источников (131 наименование) и приложение. Общий объем текста диссертации 182 страницы, в него включены 106 рисунков и 14 таблиц. Структурная схема диссертации приведена ниже:

Выводы.

В результате выполненной работы решена задача имеющая существенное значение для машиностроения и состоящая в повышении качества обрабатываемой поверхности (снижение шероховатости) при тонком точении за счет улучшения конструктивно-технологических параметров расточных резцов.

1. Разработаны модели расточных токарных резцов с повышенными демпфирующими свойствами и установлены рациональные сочетания вставок из высоконаполненного композиционного материала в металлический каркас державки, что позволило повысить качество (снизить шероховатость) обработанной поверхности до 30%, и улучшить несущую способность обрабатываемой поверхности.

2. Разработаны методики статического, динамического и виброакустического исследований, позволяющие выбрать рациональные конструкции виброгасящих вставок из высоконаполненного композиционного материала в державку резца и дающие возможность использования данных резцов в конкретных условиях производства.

3. Разработана математическая модель механической обработки заготовки резцом с модифицированной державкой, позволяющая прогнозировать получаемые значения шероховатости для конкретных режимов резания.

4. Определены статические и динамические характеристики модифицированных державок, которые можно использовать для практического применения при расчетах демпфирующих способностей.

5. Наилучшими жесткостнодемпфирующими характеристиками из рассмотренных сечений обладает расточной токарный резец с модифицированной державкой под №3 на частоте сходной с его первой резонансной частотой. Модальная податливость этого резца на 14% меньше податливости стандартного цельнометаллического резца такой же конструкции, а модальный коэффициент демпфирования в 2,5 раза больше.

6. Проведены экспериментальные исследования зависимости влияния параметров резания и формы демпфирующих вставок в державке резца на шероховатость поверхности при тонком точении, что позволило разработать математическую модель механической обработки заготовок. Подтверждено, что повышение демпфирующих свойств, связанных со свойствами материалов державки, приводят к уменьшению шероховатости с Яа-1,3 до Яа-0,7мкм.

7. Виброакустические исследования показали уменьшение колебаний у резцов, обладающих оптимальными жесткостнодемпфирующими свойствами при обработке стальных деталей в 5,5 раз в вертикальной плоскости и в 2,5 раза в горизонтальной. При рациональном сочетании данных свойств жесткий металлический каркас модифицированной державки дает минимальные прогибы, а возникающие колебания поглощаются демпфирующими вставками.

8. В условиях тонкого точения наиболее рациональной конструкцией модифицированных вставок в державке резца является сочетание тонких прослоек из демпфирующего материала в плоскостях соприкосновения державки с опорной поверхностью и зажимающими болтами, не влияющих на несущую способность металлического каркаса, и замещение части металла композиционным материалом в менее нагруженных внутренних слоях державки.

9. Сравнение результатов, полученных в реальных экспериментах с компьютерными моделями, показало сходимость их значений более 90%. Исходя из этого следует вывод, что компьютерная модель адекватна и может применяться для определения величины прогиба режущей кромки резца при статических нагружениях и определения собственных резонансных частот.

10. Даны рекомендации по выбору оптимальной конструкции виброгасящих вставок в круглую державку расточного резца.

11. Результаты исследований и разработанная технология изготовления модифицированных (комбинированных) державок приняты к промышленному применению на предприятии: ИП «Егорьевский механический завод».

1. Агустайтис B.B. Расчет и оптимизация частотных характеристик -Вильнюс: Вибротехника, 1981, № 3/33. С. 117-126.

2. Алямовский А. А., Собачкин А. А., Одинцов Е. В., Харитонович А. И., Пономарев Н. Б SolidWorks.2007/2008 Компьютерное моделирование в инженерной практике. — СПб.: БХВ-Петербург, 2008. —1040 е.: ил.

3. Андреев В. Н. Совершенствование режущего инструмента. — М.: Машиностроение, 1993.—240с.: ил. — (Б-ка инструментальщика).

4. Ансеров М.А. Приспособления для металлорежущих станков М.: Машиностроение, 1964. с.652

5. Анурьев В.И. Справочник конструктора машиностроителя. В 3-томах. Том 1. -М.: Машиностроение, 1978. 728 с.

6. Амосов И.С., В.А. Скраган. Точность, вибрации и чистота поверхности при токарной обработке. М.; JL; Машгиз, 1953.

7. Амосов И.С. Вибрации при точении и методы борьбы с ними. Ленинград, 1952, 22 с.

8. АРМ Structure3D Система расчёта и проектирования деталей и конструкций методом конечных элементов Версия 9.2 Руководство пользователя.

9. Арутюнян Н.Х., Колмановский В.Б. Теория ползучести неоднородных тел -М.: Наука, 1983. 336 с.

10. Аршинов В.А. Резание металлов М; Машгиз, 1959. 490 с.

11. A.c. 546416 СССР, МКИ2 В 23 27 / 04. Резец / P.A. Романом. Г.А. Глушков, И.В. Романова СССР. № 2119028 - /25 08; заяв. 01.04.75. Опублик. 25.02.77 ;Бюл. №5. - 2с.

12. A.c. 772735 СССР, МКИ3 В 23 27 / 16. Резец / A.M. Микаелян, К.А. Акопян, В.М. Мирзоян СССР. № 2731844 - /25-08; заяв. 05.03.79. Опублик 23.10.80 ;Бюл. №39. - 2с.

13. A.c. 704735 СССР, МКИ2 В 23 27 / 12. Круглый резец / Л.Л. Васильевых, В.Б. Куклин, З.И. Васильевых СССР. № 2644805 - /25-08; заяв. 22.07.78. Опублик. 25.12.79 ;Бюл. №47. - 2с.

14. A.c. 844130 СССР, МКИ2 В 23 27 / 16. Сборный резец / Е.М. Голубев СССР. № 2737016 - /25-08; заяв. 12.01.79. Опублик. 07.07.81 ;Бюл. №25. -2с.

15. A.c. 1227353 СССР, МКИ3 В 23 27 / 13. Резец / П.Б. Гинберг СССР. -№ 3813499-/25-08; заяв. 20.11.84. Опублик. 30.04.86 ;Бюл. №16. 2с.

16. A.c. 1301562 СССР, МКИ4 В 23 01 / 00. Способ токарной обработки / С.С. Спецаков СССР. № 3864632-/25-08; заяв. 11.03.85 Опублик. 07.04.87 ;Бюл. №13. - 2с.

17. A.c. 806274 СССР, МКИ3 В 23 29 / 00. Инструментодержатель переменной жесткости / Л.М. Либерчук СССР. № 2729026 - /25-08; заяв. 23.02.79 Опублик. 23.02.87 ;Бюл. №7. - 2с.

18. A.c. 1192907 СССР, МКИ4 В 23 27 / 16. Режущий инструмент / Л.А. Васин, С.А. Васин, О.Л. Дмитриева СССР. № 3753452 - /25-08; заяв. 15.06.84 Опублик. 23.11.85 ;Бюл. №43. - 2с.

19. A.c. 1210992 СССР, МКИ4 В 23 01 / 00. Способ обработки резанием/ В.Н. Подураев, A.B. Кибальченко, В.Н. Алтухов, Б.А. Чубченко, Г.И. Гедерзишвили СССР. № 3783532 - /25-08; заяв. 11.07.84 Опублик. 15.12.86 ;Бюл. №6. - 2с.

20. A.c. 916104 СССР, МКИ4 В 23 27 / 16. Резец демпфирующий. / Б.И. Старков, СССР. № 274840 - /25-08; заяв. 09.04.79 Опублик. 30.03.82 ;Бюл. №12. -2с

21. A.c. 1087261 СССР, МКИ2 В 23 27 / 16. Виброгасящий резец / З.Б. Мездрогин СССР. № 3524753 - /25-08; заяв. 22.12.82. Опублик. 23.04.84 ;Бюл. №15. - 2с.

22. A.c. 1134301 СССР, МКИ4 В 23 27 / 16. Резец / З.Б. Мездрогин СССР.-№ 3528522-/25-08; заяв. 11.12.82 Опублик. 15.01.85 ;Бюл. №2. 2с.

23. A.c. 1342604 СССР, МКИ4 В 23 27 / 16. Резец. / Ф. Сабиров, И.У. Сулейманов, Д.М. Паницкий, М.П. Козочкин СССР. № 4065326 - /31-08; заяв. 21.02.86 Опублик. 07.10.87 ;Бюл. №37. - 2с

24. A.c. 931299 СССР, МКИ3 В 23 01 / 00. Способ изготовления державок режущих инструментов/ JI.A. Васин, С.А. Васин СССР. № 289785 - /25-08; заяв. 24.03.80 Опублик. 30.05.82 ;Бюл. №20. - 2с.

25. A.c. 1042894 СССР, МКИ3 В 23 27 / 16. Устройство для виброгашения при токарной обработке. / A.C. Кондратов, А.Е. Аникин Б.М. Солодов. К.Б. Усанов СССР. № 3456555 - /25-08; заяв. 24.06.82 Опублик. 23.09.83 ;Бюл. №35. - 2с

26. A.c. 1038085 СССР, МКИ3 В 23 27 / 16. Токарный резец / П.Г. Зайчик СССР. № 33411916 - /25-08; заяв. 22.12.82 Опублик. 23.04.84 ;Бюл. №15. -2с.

27. A.c. 1138253 СССР, МКИ2 В 23 27 / 16. Сборный резец для чистового резания / В.Б. Мездрогин СССР. № 3642210 - /25 08; заяв. 16.08.83. Опублик 07.02.85 ;Бюл. №5. - 2с.

28. Баженов Ю.М. Технология бетонных и железобетонных изделий. М; Стройиздат, 1984. - 672 с.

29. Барт В.Е., Санина Г.С. и др. Исследование составов, технологии изготовления и целесообразной области применения синтеграна в станкостроении. Отчет ЭНИМС. -Гр. 01.82.1037248. - М., 1983.

30. Бартенев Г.М., Зеленев Ю.В. Физика и механика полимеров. М.: Высшая школа., 1983, с. 391.

31. Березин И.С., Жидков И.П. Методы вычислений. В 2-х томах. Т. 1. М; Физматгиз, 1962. - 382 с.

32. Берестов JI.M., Поплавский Б.К., Мирошниченко Л.Я. Частотные методы идентификации летательных аппаратов. М: Машиностроение. 1985 г.

33. Боев Б.В., Бугровский В.В., Вершинин М.П.Идентификация и диагностика в информационно-управляющих системах авиакосмической техники. М.: Наука. 1988 г.

34. Боровский Г.В., Андреев В.Н. Особенности точения стали без применения СОЖ. /ИТО, 2004, №8,с.30.

35. Бородкин H.H. Особенности процесса точения резцами с бетонными державками, обладающими определенными прочностными и динамическими характеристиками. Диссертация на соискание ученой степени кандидатаIтехнических наук. Тула, 1995 г. 227 с.

36. Бородкин H.H. Повышение устойчивости технологической системы при использовании резцов со структурированными державками. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Тула, 2011 г. 400 с.

37. Бородкин H.H. Разработка и исследование комбинированной конструкции державки резца в виде фермы. Известия ТулГУ. Серия «Технологическая системотехника». Тула, 2006 № 10

38. Бородкин H.H. Виды конструкций резцов с державками из композитов Известия ТулГУ. Серия «Технологическая системотехника». -Тула, 2006.

39. Булаве Ф.Я., Радинып И.Г. Упругие свойства слоистых армированных пластиков Механика композиционных материалов. Рига: Рижский политехнический институт, 1977. с. 3 - 19.

40. Васильев В.В. Композиционные материалы: справочник. М, 1990. с.510.

41. Васин С.А., Желтов В.И, Суманеева E.H. Эксперементальная методика определения реономных свойств композиционных материалов. В сб. «Прикладные проблемы прочности и пластичности. Методы решения» Вып. 56 М.:КМК. 1997. - с. 113 - 119.

42. Васин С. А., Желтов В.И, Суманеева E.H. Дехтяр Д. А. Экспериментальное исследование термореологии стеклопластиков. ТулГУ. Серия «Математика. Механика. Информатика». Т.2 Выпуск 2: Механика -Тула, 1996 с.23-31.

43. Васин С.А., Васин JI.A, Динамика процесса точения. Тула; ТулГУ. 2000. - 194 с.

44. Васин С.А. Динамика режкщего инструмента с корпусами из нетрадиционных материалов. Тула; ТулГУ. 2002. - 168 с.

45. Васин С.А., Васин JI.A, Проектирование режущего инструмента с корпусами из нетрадиционных материалов. Тула; ТулГУ. 2007. - 130 с.

46. Вибрации в технике. Справочник в 6-и томах. Том 5. М. : Машиностроение. 1981 г.

47. Воеводов А. А., Воскобойников Б. С., Гречиков М. И., Гуськова Г. И Многоцелевое станочное оборудование и системы1. ИТО 2008 №08 с. 2-8.

48. Вопросы рассеяния энергии при колебаниях упругих систем. Труды научно-технического совещания под ред. г.-х. кон. АПЧССР Г.С. Писаревич. Гос. изд. техн. литер. ЧССР, Киев, 1962 г.

49. Вульф A.M. Резание металлов. Л.: Машиностроение, 1973

50. Ганзбург Л.Б. и др. Проектирование электромагнитных и магнитных механизмов. Машиностроение. 1980 г.

51. Грановский Г.И., Грановский В.Г. Резание металлов. М.: Высш. шк, 1985.

52. Грановский Ю.В Адлер Ю.П., Маркова Е.В.,. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976 287 с.

53. Гришин В.Н., Дятлов В.А., Милов Л.Г. Модели, алгоритмы и устройства идентификации сложных систем. Л.: Энергоиздат. 1985 г.

54. Гуняев Г.М. Структура и свойства полимерных композитов. М.: Химия, 1981, с. 230.

55. Дитаранто Д. Теория изгиба при колебаниях балок конечных длинны, состоящих из упругих и вязкоупругих слоев. Конструирование и технология машиностроения, 1956. - №4. - с. 156-162.

56. Дитаранто Д. Мокгроу М. Изгибные колебания демпфированных слоистых пластин. Конструирование и технология машиностроения, 1969. -№4.-с. 167-175.

57. Дитаранто Д. Блэсингейм X. Затухание колебания трех слойных балок. Конструирование и технология машиностроения, 1967. - №4. - с. 5761.

58. Досько С.И. Параметрическая идентификация упругих систем станков (модальный анализ). Диссертация на соискание к.т.н., М: Мосстанкин. 1987 г.

59. Дыков А. Т., Ясинский Г. И. Прогрессивный режущий инструмент в машиностроении. «Машиностроение», 1972 г. 224 стр. Табл. 41. Ил. 144.

60. Заблоцкий Н.Д. и др. К 50-летию школы газовой смазки Л.Г. Лойцянского. Научно-технические ведомости 2, 2004, 1-39.

61. Зворыкин К.А. Работа и усилие, необходимые для отделения металлической стружки. Технический сборник и вестник промышленности". -М.: 1993,-76 с.

62. Козочкин М.П. Виброакустическая диагностика технологических процессов. М: ИКФ «Каталог», 2005, - 196 с.

63. Козочкин М.П. Особенности вибраций при резании материалов// СТИН. № 1. 2009. Стр. 29-35.

64. Композиционные материалы: Справочник. В. В. Васильев, В.Д. Протасов, В. В. Болотин и др.; Под общей редакцией В.В. Васильева. М: Машиностроение, 1990, с. 512.

65. Копылов В. В. Разработка и исследование экспериментально-аналитической модели взаимосвязи стойкости сборных проходных резцов с параметрами их колебаний в процессе резания. Дис. к.т.н 2002.

66. Косилов А.Г., Мещерикова Р.К. Справочник технолога -машиностроителя том 2 М: Машиностроение, 1985.

67. Куликов М.Ю. Можин H.A. Гришин К.В. Повышение точности тонкого точения на основе анализа возникающих тепловых деформаций и износа инструмента // Вестник машиностроениея 2006 №12

68. Льюнг. JI. Идентификация систем. Теория для пользователя. М.: Наука. 1991 г.

69. Макаров А.Д. Оптимизация процессов резания. 2-е изд. М.: Машиностроение, 1976. - 278 с.

70. Матвеев. А. Н. Механика и теория относительности. М.: Высшая школа, 1986. (3-е изд. М.: ОНИКС 21 век: Мир и Образование, 2003. — 432с.)

71. Материаловедение и технология металлов. Под ред.Г.П. Фетисов. -М.: Высш.шк.,2001. 638 с.

72. Нечаев К.Н. Повышение эффективности процессов обработки металлов на основе методов теории планирования многофакторных экспериментов. //Металлообработка. №1(13); 2003, с.2.5.

73. Пановко Я.Г., Губанова И.И. Устойчивость и колебания упругих систем. Изд. Наука, 1969г.

74. Патуроев В.В. Технология полимербетонов. М.: Стройиздат, 1977. с.1. О Л 11. Т л .

75. Позняк Г.Г. Повышение стабильности процесса резания на основе моделирования динамики рабочего пространства технологических систем: Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. -Москва, 2002

76. Позняк Г.Г., Рогов В.А., А.Х. Абу-Шокейр Математическая модель державки резца с вставкой из композиционного материала. "СТИН", 1996, № 12, с. 18-20.

77. Попиков А.Н. Повышение качества обрабатываемой поверхности при твёрдом точении за счёт улучшения демпфирующих свойств узла крепления режущей пластины. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва, 2009

78. Потапов В. А. Режущие материалы и инструменты: современные тенденции, www.stankoinform.ru

79. Потапов В. А. Третья международная конференция по высокоскоростной механической обработке, www.masters.ru

80. Резец. Авторское свидетельство СССР №1759567, опублик. 30.07.92, бюл. №28.

81. Резец. Авторское свидетельство СССР №1779466, опублик. 7.12.92, бюл. №43.

82. Резец. Патент России № 2280542, кл. В23В 27/00 опубл. 27.07.06, бюл. № 21.

83. Резец. Патент России № 2036749, кл. В23В 27/10 опубл. 09.06.95, бюл. № 16.

84. Резец. Патент России № 2287405 С1, опублик. 20.11.06, бюл. №32.

85. Резец. Патент России № 2009770 С1., опублик. 30.03.94, бюл. №6.

86. Резец. Патент России № 2263008 С1, опублик. 27.10.05, бюл. №30.

87. Резец. Патент России № 2107588 С1, опублик. 27.03.98, бюл. №9.

88. Резец для чистовой обработки. Патент России № 2217267 С1, опублик. 27.11.2003, бюл. №33.

89. Рогов В.А. Разработка и исследование конструкций и технология изготовления деталей и сборочных единиц станков из высоконаполненного композиционного материала. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М., 1986 г.

90. Рогов В. А. Разработка конструкций комбинированных подкладок для прецизионных резцов. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Москва, 1998.

91. Рогов В.А. Токарные резцы с комбинированными державками. -«СТИН», 1994 г., №5, с. 13-15.

92. Рогов В.А. Расчет державки резца, выполненной из композиционного материала. «СТИН». - 1994. - №10. - с. 20-21.

93. Рогов В.А. Резцы с державками из новых композиционных материалов. «СТИН». - 1996 г., № 5, с. 20-23.

94. Рогов В.А. Разработка изделий из синтеграна для машиностроения.: М, Геотехника, 2001 г., 228 с.

95. Рогов В.А. Позняк Г.Г. Исследование характеристик комбинированы* державок резцов на физических моделях. «СТИН». - 2003 г., №2, с. 19-22.

96. Рогов В.А. Литейные формы для изготовления изделий из синтеграна. «СТИН». - 2003 г., № 11, с. 37-40.

97. Рогов В. А. Методика и практика технических экспериментов: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений — М.: Издательский центр «Академия», 2005. — 288 с.

98. Свидетельство на товарный знак по классам 7, 19, 28, № 141823 от 27.10.95г.

99. Синтегран Патент России № 1240772, опублик 98.05.10, бюл. №.18

100. Справочник по композиционным материалам: В 2 кн.: Пер. с англ.: / Под ред. Дж. Любина. М.: Машиностроение, 1988. Кн. 1. 448 е.; Кн. 2. 584 с

101. Старков В.К. Обработка резанием. Управление стабильностью и качеством в автоматизированном производстве. -М.: Машиностроение, 1989, 296 с.

102. Твёрдое точение. /КТО, 2004, №8, с.20.

103. Филимонов Л.Н., Степанов С.Н. Расчет параметров шероховатости при тонком алмазном точении цветных металлов // Технология 94. -МЦЭНТ.: СПб, 1994.

104. Хоанг Тхе By Разработка композиционных материалов на основе модифицированных эпоксидных олигомеров с улучшенными свойствами: диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва, 2009.

105. Холодников Ю. В. Перспективы развития в России производства композиционных материалов и изделий из них // Вестник Машиностроения.-2009.- № 8

106. Хомяков B.C. Досько С.И. Об учете демпфирования при динамических расчетах станков. «Станкин и инструменты», №11, 1990, с 4-7.

107. Шульи, X., Никлау Р. Бетон на метакриловых смолах -альтернативный материал для поверочных плит из природных твердокаменных пород. ВЦП. У-67049. - Пер. ст.: Schulz П., Nicklau К. из журнала: Werdstatt und Betrieb, 1982.

108. Энке X. Замена полимербетоном железобетона и серого чугуна в машиностроении. Пер. ВЦП № Е-67216, 1983. - 11 с.

109. Яковлев А.П. Диссипативные свойства неоднородных материалов и систем. Киев: Наук. Думка, 1985. 248 с.

110. J.D. Vibration of Viscoelastic Body. // A1AA .J., v.5, 1967. p 1213.

111. Bert C.W., Chang S. (1972). In-Plane, Flexural, Twisting and Thichness-Stear Coeffiecients for Stiffness and Damping of a Monolayer Filamentari Composite. Final Rep., Part 1, on NASA Grant NGR-37-003-055.

112. Huang Y. Modeling of KNB tool flank wear progression in finish hard turning // Journal of Manufacturing Science and Engineering 2004. V. 126. Nr. 1, c. 98- 106, ил. 8, табл. 1.

113. Graul L., Schwanz M. Dymanics of viscoelastic solid treated by boundarye element approaches in time domain. Eur J. Mech A. 1994. 13 №4

114. Inmen D.J. Vibration suppression via eigenstructure assignment and merse methods. Active Contr. Vib.: Symp. Int. Union Theor. and Appl. Meth., 5-8 Sept. 1994. London, c. 25-23.

115. Kondou Takahiro; Ayable Takashi, Sueoka Atsuo. Transfer Stiffness meffilient method combined with concept of substructure synthesis method. -JSMI. I.C.-1997. 40. .№2- c. 187-196.

116. Ozeel T. et al. Predictive modeling of surface roughness and tool wear in hard turning using regression and neural networks // International Journal of Machine Tools & Manufacture. 2005. V. 45. Nr. 4/5 (апрель), с. 467 479 ил. 15, табл. 8.

117. Pottinger M.G. Material Damping of Glass Fiber Epoxy and Boron Fider-Aluminum Composites. - Aerosp. Res. Lab., Rep. ARL 70-0237, AD-721191. - 1970

118. Pruss J. Stability of linear hyperbolic viscoelasticity// Bonn. math. Schr. 1993. -№239,-c. 43-52.

119. Sanina G.S. Effect of chemical composition of epoxy binders upon rheological, physicomechanical and toxicological properties of "sintegran" polymer inpregnated concrete. VII international congress on polymers in concrete, Moscow, 1992, p. 454-461.

120. Tavacoli M.S.,Singh R. Modal Analysis for a Germetic Can. J. Sound andVibr., 1990. v. 136,№l.-c. 145-151.