автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Повышение работоспособности сборных режущих инструментов на основе исследования напряженно-деформированного состояния и прочности сменных твердосплавных пластин

На правах рукописи

Артамонов Евгений Владимирович

ПОВЫШЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ СБОРНЫХ РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ НА ОСНОВЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НАПРЯЖЕННО-

ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ И ПРОЧНОСТИ СМЕННЫХ ТВЕРДОСПЛАВНЫХ

ПЛАСТИН

Специальность: 05.03.01 «Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

Томск - 2003

Работа выполнена на кафедре «Станки и инструменты» Тюменского государственного нефтегазового университета

Научный консультант - доктор технических наук,

профессор Утешев Мирабо Хусаинович

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Розенберг Юрий Александрович

доктор технических наук, профессор Петрушин Сергей Иванович

доктор технических наук, профессор Шаламов Виктор Георгиевич

Ведущая организация - Московский государственный

технологический университет «Станкин»

Защита состоится «26» МЯ^/эЯ 2003 г. в/5""час, на заседании диссертационного совета Д.212.269.01 при Томском политехническом университете по адресу: 634050, г.Томск, пр. Ленина, 30, корп. 4, ауд. 210.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Томского политехнического университета (634034, г.Томск, ул. Белинского, 55).

Автореферат разослан « » Я 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

А

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

' Актуальность. В условиях рыночной экономики эффективность машиностроительного производства во многом определяется использованием прогрессивных металлорежущих инструментов. Одним из путей подъема эффективности механической обработки резанием является переход с использования напайного режущего инструмента на сборный с механическим креплением сменных многогранных пластин (СМП) из твердых сплавов, очевидные преимущества которого подтверждены мировой практикой.

Однако производственная статистика свидетельствует о том, что на долю отказов инструментов с СМП из инструментальных твердых сплавов (ИТС) в результате разрушения пластин приходится 70-75%. Анализ видов отказов режущих пластин в производственных условиях показал, что характерными видами разрушений являются выкрашивание, скалывание, поломка.

Существует большое количество практических рекомендаций в инструментальных каталогах и справочниках по применению сборного инструмента, но не разработаны инженерные методики выбора и расчета СМП на основе прочностного подхода.

Особенности износа и разрушения режущих элементов из твердых сплавов во всем температурном диапазоне нельзя объяснить только с позиций существующих представлений о взаимосвязи явлений при резании металлов. Поэтому возникает необходимость более детального изучения НДС, механики разрушения и прочности режущих пластин из твердых сплавов, как структурно неоднородных материалов, с учетом их физико-механических характеристик, изменяющихся в зависимости от температуры.

На сегодняшний день имеются результаты экспериментальных и теоретических исследований НДС и методики инженерных расчетов на прочность режущего клина инструмента. Однако решение задачи о НДС и прочности СМП из ИТС отличается тем, что пластины имеют разные конструктивные параметры, схемы базирования и крепления их в корпусе инструмента и испытывают сложное НДС, определяемое не только внешним силовым и температурным нагружением, но и внутренними температурными микронапряжениями (напряжения II рода).

Поэтому исследование НДС, механики разрушения и прочности СМП из твердых сплавов с целью повышения работоспособности сборных режущих инструментов является актуальной проблемой.

Диссертационная работа выполнялась в рамках комплексных программ «Авиационная технология» - 05.01 по направлению «Методы механической обработки», по планам госбюджетных и хоздоговорных НИР Тюменского государственного нефтегазового университета.

Целью работы является научно-обоснованное повышение работоспособности сборных режущих инструментов на основе результатов исследования напряженно-деформированного состояния и прочности сменных твердосплавных пластин.

Для достижения цели в работе поставлены следующие задачи:

1. Разработать модели напряженно-деформированного состояния СМП из ИТС, механики их разрушения, прочности и максимальной работоспособности с учетом напряжений первого и второго рода, состояния ИТС.

2. Разработать новый экспериментально-теоретический метод определения НДС и температурных полей в СМП из ИТС на основе лазерной интерферометрии.

3. Исследовать НДС и прочность СМП из ИТС с учетом их физико-механических характеристик, конструктивных и геометрических параметров, схем базирования, крепления, условий силового и температурного на-гружения при резании экспериментально, на основе лазерной интерферометрии, и численным методом, на основе конечных элементов.

4. Установить взаимосвязь изменений механических характеристик ИТС при температурно-силовом воздействии с прочностью и работоспособностью СМП сборных инструментов.

5. Разработать методики определения условий максимальной работоспособности сборных инструментов по зависимостям изменения механических характеристик твердых сплавов при температурно-силовом воздействии от температуры.

6. Разработать научно-обоснованную методологию расчета НДС, прочности СМП и определения условий эксплуатации пластин из ИТС, обеспечивающих максимальную работоспособность инструментов.

7. На основании результатов исследований разработать новые технические и технологические решения.

Методы исследований. Исследования основаны на использовании фундаментальных положений теории упругости и пластичности, современных численных методов решения задач с использованием метода конечных элементов, экспериментально-теоретического метода исследования НДС СМП сборных инструментов с применением лазерной интерферометрии, разработанного автором. Экспериментальные исследования выполнялись в лабораторных и производственных условиях и включали изучение НДС, механики разрушения, прочности и работоспособности СМП.

Достоверность определения напряжений и деформаций по разработанным методикам: экспериментальной - лазерной интерферометрии и расчетной - конечных элементов, подтверждается хорошей корреляцией результатов решения тестовых задач, полученных с применением этих методов, и по формулам теории упругости с требуемой для инженерных расчетов точностью. Повышение прочности разработанных СМП и работоспособности сборных инструментов подтверждено так же результатами практических испытаний и внедрением их на производстве.

в

Научная новизна:

1. Впервые разработаны модели напряженно-деформированного состояния СМП из твердых сплавов, механики их разрушения, прочности и работоспособности с учетом напряжений I и II рода, цикличности нагру-жения, состояния ИТС при резании: упругого, упругопластического, пластического и текучести кобальтовой связки.

2. На основе лазерной интерферометрии разработан новый экспериментально-теоретический метод определения НДС и температурных полей в СМП из ИТС, позволяющий определять составляющие напряжения в любой точке исследуемого поля пластин при реальных режимах резания.

3. Разработан новый способ определения модуля упругости Е и коэффициента Пуассона ц малоупругих инструментальных твердых сплавов.

4. Впервые экспериментально, методом лазерной интерферометрии, и расчетным путем, с применением метода конечных элементов, установлены закономерности распределения напряжений в пластинах из ИТС для различных конструктивных параметров, схем базирования, крепления, условий силового и температурного нагружения, опасные зоны в СМП, позволяющие управлять напряженно-деформированным состоянием и прочностью пластин.

5. Впервые выдвинуты и доказаны гипотезы о том, что каждый ИТС при температурно-силовом воздействии имеет характерные температуры:

- перехода из зоны упругого в зону упругопластического состояния, которая соответствует температуре максимальной трещиностойкости 0М тр ИТС и определяется по первой точке перегиба зависимости ударной вязкости сплава от температуры КСУ=Г(0);

- перехода из зоны упругопластического в зону пластического состояния, которая соответствует температуре максимальной работоспособности 0мр. ИТС и определяется по второй точке перегиба зависимости ударной вязкости сплава от температуры КСУ=^0) или по точке перегиба зависимости логарифма твердости по Виккерсу от температуры 1{£НУ=С(9).

6. Разработаны модели расчета температур максимальной трещиностойкости 0мтр. и максимальной работоспособности 0мр инструментальных твердых сплавов группы ВК.

7. Разработан способ снятия напряжений II рода в ИТС с целью повышения работоспособности инструментов путем предварительного нагрева режущих пластин до температуры максимальной трещиностойкости сплава.

8. Впервые экспериментально установлена цикличность НДС режущей части инструмента при разных видах стружкообразования, являющаяся одной из основных причин развития трещин и усталостного хрупкого разрушения СМП из ИТС.

Выполненная работа направлена на решение научной проблемы: «Повышение работоспособности сборных режущих инструментов путем увеличения прочности СМП из твердых сплавов группы ВК на основе ре-

зультатов исследования их НДС с учетом напряжений I и II рода, цикличности нагружения, состояния ИТС при резании: упругого, упругопластиче-ского, пластического и текучести кобальтовой связки».

Практическая ценность результатов исследований:

1. Разработана научно-обоснованная методология расчета, проектирования и эксплуатации СМП из ИТС и сборных инструментов на основе прочностного подхода, направленная на повышение их работоспособности.

2. На основе лазерной интерферометрии разработаны установка для экспериментального исследования НДС и температурных полей в СМП из ИТС при резании (A.C. №1173179, Пат. РФ № 2086914), способ определения модуля упругости Е и коэффициента Пуассона ц инструментальных твердых сплавов (Пат. РФ № 1744445, №2023252).

3. Разработаны новые методики определения скорости резания инструментами с СМП по температуре максимальной работоспособности, определяемой по точке перегиба зависимости логарифма твердости ИТС по Виккерсу от температуры lgHV=f(0) (Пат. РФ №2173611), или по второй точке перегиба зависимости ударной вязкости ИТС от температуры KCV=f(9) (реш. о выдаче Пат. РФ по заяв. №2001135677).

4. Разработана номограмма для графоаналитического определения температур максимальной работоспособности, трещиностойкости и инструментального коэффициента Ки ИТС.

5. Разработан способ повышения работоспособности инструментов путем предварительного нагрева режущих пластин до температуры максимальной трещиностойкости ИТС (Пат. РФ № 2207936).

6. Разработаны новые сменные пластины повышенной прочности с криволинейной режущей кромкой (Пат. РФ №2201316) и конструкции сборных инструментов повышенной работоспособности (A.C. №№ 778940, 948546, 1143526).

На защиту выносятся:

1. Модели напряженно-деформированного состояния СМП, механики их разрушения, прочности и работоспособности с учетом напряжений I и II рода, цикличности нагружения, состояния ИТС: упругого, упругопла-стического, пластического и текучести кобальтовой связки.

2. Экспериментально-теоретический метод и установки определения НДС и температурных полей в СМП из ИТС, способ определения модуля упругости Е и коэффициента Пуассона ц, созданные на основе лазерной интерферометрии.

3. Впервые установленные экспериментально и численным методом закономерности распределения напряжений и деформаций в СМП из ИТС для различных конструктивных параметров пластин, схем базирования и крепления, условий их силового и температурного нагружения.

4. Впервые установленные характерные температуры инструментальных твердых сплавов при температурно-силовом воздействии на них:

6

- максимальной трещиностойкости, определяемой по первой точке перегиба зависимости ударной вязкости (КСУ) от температуры;

- максимальной работоспособности, определяемой по второй точке перегиба зависимости ударной вязкости (КСУ) от температуры или по точке перегиба зависимости логарифма твердости по Виккерсу (1§НУ) от температуры.

5. Методология расчета НДС, прочности СМП и определения условий эксплуатации пластин из ИТС, обеспечивающих максимальную работоспособность инструментов.

6. Впервые экспериментально установленный факт цикличности НДС режущей части инструмента, обусловленной периодическими сдвигами элементов обрабатываемого материала в зоне резания при разных видах стружкообразования.

7. Номограмма для определения температур максимальной работоспособности, трещиностойкости и инструментального коэффициента ИТС.

8. Способ и устройство повышения работоспособности инструментов путем предварительного нагрева режущих пластин до температуры максимальной трещиностойкости ИТС, осуществляемого до начала процесса резания.

9. Новые сменные пластины повышенной прочности с криволинейной режущей кромкой и разработанные конструкции сборных инструментов повышенной работоспособности.

Реализация полученных результатов:

1. Разработаны руководящие технические материалы «Повышение работоспособности инструментов с режущими элементами из инструментальных твердых сплавов при обработке деталей из труднообрабатываемых материалов», которые внедрены на ОАО «Тюменские моторостроители».

2. Разработанные конструкции сменных неперетачиваемых пластин с криволинейной режущей кромкой повышенной прочности и сборные инструменты с ними испытаны и внедрены на ЗАО «Сибнефтемаш».

3. «Рекомендации по выбору и расчету СМП сборных инструментов» испытаны и внедрены на ЗАО «Тюменские авиадвигатели».

4. Разработаны новые конструкции сборных инструментов с СМП повышенной работоспособности: резцы, зенкеры, торцовые и цилиндрические фрезы, протяжки для обработки наружных поверхностей и отверстий, ряд из которых внедрен на предприятиях, в том числе оборонных: организация п/я М-5647 г. Москва, 125833, ГСП, А-47; организация п/я г. Москва, 101000, Центр; Дебальцевский завод по ремонту металлургического оборудования, Донецкая область; Тартуский опытный завод пластмассовых изделий, г. Тарту; ОАО Тюменские моторостроители; ОАО Тюменский станкостроительный завод; ОАО Ишимский машиностроительный завод.

В целом новые технические и технологические решения защищены 13 авторскими свидетельствами и патентами, которые были внедрены на 9

7

предприятиях СССР и Российской Федерации со значительным экономическим эффектом.

Были удовлетворены запросы на документацию разработанных конструкций сборных инструментов с СМП более чем с 30 машиностроительных предприятий.

Результаты исследований широко используются в учебном процессе. Издано 4 учебных пособия, поставлены курс лекций и цикл лабораторных работ по дисциплине «Режущий инструмент».

Личный вклад автора состоит в формулировании концепции работы, разработке моделей НДС, прочности и работоспособности СМП из ИТС сборных инструментов; разработке экспериментально-теоретического метода и установок для определения силовых, температурных деформаций и напряжений в СМП инструментов с применением лазерной интерферометрии и получении результатов; разработке методологии расчета, проектирования и эксплуатации СМП сборных инструментов повышенной работоспособности; разработке новых технических и технологических решений, защищенных авторскими свидетельствами и патентами.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на 3 международных, 5 всесоюзных, 6 всероссийских, 8 зональных научно-технических конференциях за период с 1970 по 2003 гг. в Москве, Санкт-Петербурге, Волгограде, Киеве, Краматорске, Екатеринбурге, Челябинске, Львове, Днепропетровске, Иркутске, Красноярске, Новосибирске, Омске, Кургане, Кемерово, Томске.

Под руководством автора и с использованием отдельных положений его научной концепции подготовлены и защищены 3 кандидатские диссертации. Установка для исследования деформаций и напряжений в режущем инструменте при резании, разработанная с участием автора, экспонировалась на ВДНХ СССР и была удостоена бронзовой медали. За внедрение изобретений в производство автор награжден знаком «Изобретатель СССР».

В полном объеме диссертация заслушана и одобрена на объединенных научных семинарах кафедр «Станки и инструменты», «Технология машиностроения», «Материаловедение и технологии конструкционных материалов» Тюменского государственного нефтегазового университета, «Технология машиностроения, резание и инструмент» и «Автоматизация и роботизация в машиностроении» Томского политехнического университета, «Оборудование и инструмент компьютеризированного производства» Южно-Уральского государственного университета.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 103 печатных работы. В том числе 4 монографии, 13 авторских свидетельств и патентов на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения, библиографического списка из 260 наименований, изложенных на 333 страницах машинописного текста, приложения, включает 246 рисунков, 10 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе приведен литературный обзор экспериментальных и теоретических исследований по теме диссертации, на основе которого сделан анализ и сформулированы цели и задачи настоящего исследования.

Вопросам повышения эффективности механической обработки металлов резанием и применения режущих инструментов посвящены фундаментальные работы: A.A. Авакова, Г.С. Андреева, В.Ф. Безъязычного, А.И. Бе-танели, В.Ф. Боброва, С.А. Васина, A.C. Верещака, Г.И. Грановского, В.А. Гречишникова, М.Б. Гордона, H.H. Зорева, Ю.Г. Кабалдина, М.И. Клушина, C.B. Кирсанова, Г.Л. Куфарева, B.C. Кушнера, Т.Н. Лоладзе, А.Д. Макарова, И.Я. Мирнова, B.C. Мухина, В.А. Остафьева, С.И. Петрушина, В.Г. Подпор-кина, В.Н. Подураева, М.Ф. Полетика, Б.П. Прибылова, А.И. Промптова,

A.Н. Резникова, A.M. Розенберга, Ю.А. Розенберга, В.Ф. Романова, В.К. Старкова, С.С. Силина, Н.В. Талантова, И.П. Третьякова, М.Х. Утешева, Г.Л. Хаета, Л.А. Хворостухина, В.Г. Шаламова, Ю.С. Шарина и др.

A.C. Верещака, H.H. Зорев, Г.С. Креймер, Т.Н. Лоладзе, Н.В. Талантов, Л.Г. Куклин, В.И. Сагалов, В.Б. Серебровский С.П. Шабашов в своих работах показали, что значимое влияние на работоспособность инструментов оказывают механические свойства ИТС и их циклическая прочность.

Результаты исследований физико-механических свойств твердых сплавов приведены в работах В.И. Горбачевой, М.Д. Киффера, Г.С. Крей-мера, М.Г. Лошака.

Исследованию НДС, прочности и работоспособности металлорежущих инструментов посвящены работы: Г.С. Андреева, А.И. Бетанели, В. Катвинкеля, Т.Н. Лоладзе, A.C. Верещака, H.H. Зорева, Ю.Г. Кабалдина,

B.А. Остафьева, С.И. Петрушина, В.Г. Подпоркина, М.Ф. Полетика, Б.П. Прибылова, М.Х. Утешева. Однако в приведенных работах авторы занимались в основном исследованиями НДС и прочности режущего клина инструмента.

Изучению прочности и работоспособности СМП из ИТС сборных инструментов на основе прочностного подхода посвящено незначительное количество работ: A.C. Верещака, В.А. Гречишникова, П. Леопольда, Л.М. Миранцова, С.И. Петрушина, Р. Симона, Г.Л. Хаета.

Исследования Пфау и Рикса показали наличие напряжений II рода в твердых сплавах, которые должны оказывать существенное влияние на работоспособность инструментов в определенном температурном диапазоне.

Однако в работах, изложенных выше не рассматривались в единой системе влияние схем базирования и крепления, условий нагружения, конструктивных и геометрических параметров СМП, механических характеристик ИТС, меняющихся от температуры резания, на НДС и прочность пластин с целью повышения работоспособности инструментов.

На основании проведенного литературного анализа были сформулированы цель и задачи исследования.

Во второй главе выявлена качественная взаимосвязь механических характеристик (ИТС) с особенностями износа, разрушения режущих пластин и работоспособностью инструментов, разработаны модели напряженно-деформированного состояния СМП, прочности и механики разрушения пластин с учетом напряжений I и II рода, цикличности нагружения и состояния ИТС во всем температурном диапазоне резания металлов.

На основании изучения результатов исследований по оптимизации режимов резания деталей из труднообрабатываемых материалов и физико-механических свойств твердых сплавов, проведенных по литературным источникам в первой главе, <"■»»» i «wt-

было сформулировано предположение о существенном влиянии механических характеристик ИТС на работоспособность инструментов.

Сравнительный анализ предельных значений основных механических характеристик твердых сплавов в зависимости от температуры, приведенных в монографии Г.С. Креймера (рис. 1, а), с особенностями износа режущих элементов инструментов из твердых сплавов на примере исследований H.H. Зорева (рис. 1, б) показал, что из большого количества механических характеристик ИТС только две отражают особенности износа и разрушения пластин из ИТС и соответственно работоспособность инструментов: зависимости ударной вязкости KCV и логарифма твердости по Виккерсу lgHV от температуры (рис. 1, б), как имеющие характерные точки перегиба при соответствующих температурах, которые хорошо коррелируют с температурами резания, определяющими особенности износа и разрушения инструментов из ИТС. На основании изложенного были сформулированы гипотезы:

первая - каждый инструментальный твердый сплав (ИТС) при темпера-турно-сиповом воздействии (т.е.в.) может находиться в зависимости от температуры в одном из состояний: упругом - I, упругопластическом - II,

Рис. 1. Взаимосвязь механических характеристик сплава ВК8 с износом резца при точении молибдена MOl

I

I

I

( пластическом - III, текучести кобальтовой связки - IV, что должно опре-

делять соответствующий характер разрушения пластин; вторая - температура, при которой твердый сплав при т.с. в. переходит из упругого в упругопластическое состояние, а на графике ударной вязкости твердого сплава КСУ=/(©°) имеет место точка первого перегиба, соответствует температуре максимальной трещиностойкости режущей пластины га данного ИТС;

третья - температура, при которой твердый сплав при т.с.в. переходит из упругопластического в пластическое состояние, а на графике логарифма твердости по Виккерсу ^НУ=/(®°) твердого сплава имеет место точка перегиба, соответствует температуре максимальной работоспособности режущей пластины из данного ИТС.

В соответствии с теорией Шпета, при изготовлении твердого сплава на стадии остывания после спекания в результате разных коэффициентов линейного расширения WC и Со в нем возникают температурные микронапряжения (напряжения II рода). При этом образуются напряжения растяжения в связке Со и сжатия во включении которые могут быть сни-

1 жены при последующем нагреве ИТС.

На основании изложенного выше была сформулирована четвертая гипотеза - для снижения температурных микронапряжений (напряжений II рода) в СМП из твердых сплавов группы ВК необходимо предварительно, до начала процесса резания, подогревать их до температуры перехода сплава из упругого в упругопластическое состояние, т.е. до температуры максимальной трещиностойкости, что обеспечит повышение работоспособности режущих пластин.

Таким образом, при определении НДС режущих элементов из ИТС необходимо наряду с напряжениями I рода учитывать напряжения II рода.

Для решения этой задачи была разработана математическая модель температурных микронапряжений (напряжений II рода) в СМП из ИТС, полученная на основании уравнений теории упругости. Рассмотрена задача в неограниченной среде со сферическим включением радиуса го (Рис. 2). При изменении температуры на величину АТ возникают температурные микронапряжения. Материал включения (\УС) и среды (Со) полагаются упругими. Соответственно Е], уь а[ - модуль упругости, коэффициент Пуассона и коэффициент линейного расширения включения, Е2, а2 - среды. Принимаем, что все параметры не зависят от температуры. Задача является центрально - симметричной. Поместим начало сферической системы координат г, ф, 9 в центр включения.

ратурных микронапряжений в двухфазном твердом сплаве \VC-Co

В силу симметрии перемещения: = 11д = О, V, - Щг).

На основании уравнений деформаций, напряжений и равновесия были выведены математические модели температурных микронапряжений: - во включении с радиусом го (\УС):

ег<» = о? = о*> = у-5-+ V, >,(1> --АГ,

где

с(2)

• в среде (СО):

г® - -

1 + у2

е2

с(2> С2_

где

1 + г/ (д7-агг)г1Г

1 + 2р2

(1),

(2)

(3)

7 +

Е,

В итоге была разработана расчетная модель НДС СМП из твердых сплавов с учетом напряжений I и II рода (рис. 3).

В ее основу положена модель СМП, в главной секущей плоскости (рис. 3, а) и в плоскости пластины (рис. 3, б), построенная для расчетов напряжений I рода (Стгь стфь СТоО методом конечных элементов, в которой учтены конструктивные и геометрические параметры пластины, их температур-но-силовое нагружение в процессе резания в виде нормальных, касательных контактных напряжений и температур по передней и задней поверхностям

a=iO•J

а) 6)

Рис. 3. Расчетная модель напряженно-деформированного состояния СМП: а - в главной секущей плоскости; б - в плоскости пластины

пластины. На модель наложены рассчитываемые методом конечных элементов температурные поля, которые используются для определения состояния твердого сплава (I, II, III, IV) в расчетных узлах, а также напряжений II рода (стгп, Стфи, (Ген) по выведенным формулам (1), (2), (3). При определении напряженного состояния в любом узле данной модели напряжения I и II рода, в соответствии с теорией Шпета, алгебраически суммируются:

<Уг1 + сгг„, а9-> ар + Стрю ав->аа+ erw/. (4)

Физическая и математическая модели разрушения СМП из ИТС. На основании анализа поверхностей разрушения СМП сборных инструментов в производственных условиях была сформулирована гипотеза о возможности приблизительного описания характера разрушения режущих пластин из инструментальных твердых сплавов траекториями максимальных касательных напряжений, что соответствует теории разрушения структурно неоднородных материалов Писаренко-Лебедева. В качестве примера рассмотрена модель механики разрушения режущего клина СМП (рис. 4). Разрушение идет в 2 этапа. На первом этапе образуется система микротрещин в результате циклического нагружения режущих элементов из ИТС по траекториям максимальных касательных напряжений I семейства вдоль передней поверхности (рис. 4, б), определяемым из выражения: <р = а + а на втором - происходит разрушение отрывом по этим же траекториям в направлении под углом 90° к направлению напряжений растяжения аь и сдвигом, при условии Tmax-Tcd, ~ по траекториям тП1ах II семейства, перпендикулярным первым и описываемым выражением: <р + л/2. Аналогично, траекториями т|пах описывается модель разрушения в плоскости пластины.

Траектории т™« описываются и рассчитываются с помощью уравнений теории упругости и пластичности. Так, например, в главной секущей плоскости траектории тП1ал и их значения определяются из выражений (рис. 4, б):

а, +<т,

а главные напряжения: (г1-ав+ ттах; сг3 = сг0- ттах, где а0 = ^—-.

В соответствии с критерием прочности Писаренко-Лебедева, для определения эквивалентных напряжений применяется следующее критериальное уравнение: an = x<*i + (1 ~ X ^ с,, (5)

где ^ = L; Л-0М8.

Модели прочности и механики разрушения пластин из сплавов группы ВК с учетом их состояния во всем температурном диапазоне резания металлов. Проанализировав взаимосвязь диаграммы состояний твердого сплава ВК8 по зонам I, II, III, IV (рис. 4, а) с критерием прочности Писа-

I ХРУПКОЕ РАЗРУШЕНИЕ ПРИ I = 20-г500°С (I ЗОНА)

Ст|>а3>0

<*Г1>0; сгГ11со>0; °61>0; стеи Со>0; п

Ли —

II ХРУПКО-ПЛАСТИЧЕСКОЕ РАЗРУШЕНИЕ

ПРИ t = 50(H-80(f С (II ЗОНА)

О|>ст3>0; О]>0; а3<0;

сг,<сг3<0;

0<Х<1 а

KCV оГХО+О-дъА1-1^. кГм/Ж I II III ..ГУ

200 «0 Ж

I - упругое'состбяиив

II - улругр-гглэстическое III - пластическое

ПРИ t = 800<,-r1000°C (III 3 N!Y"критическая текучесть Со

а)

1

1 \

СЕ на ж 1,

д №8 iff »Е а,- 1

J.

1, 1 »

л 1 1,

is

— — — выкрашивание и хрупкое разрушение отрывом —— пластическое разрушение сдвигом Рис. 4. Модели прочности и механики разрушения режущего клина СМП с учетом состояния ИТС

ренко-Лебедева на моделях разрушения СМП по траекториям максимальных касательных напряжений, получим следующие модели:

-1 зона - упругое состояние в интервале температур от 20° до 470°С (рис. 4, б) - хрупкое разрушение происходит выкрашиванием и отрывом частиц твердого сплава вдоль передней и задней поверхностей ввиду пониженной его трещиностойкости и наличия напряжений II рода (по H.H. Зореву имеет место повышенный износ резца - рис. 4, а); при и ov=°i выражение для определения коэффициента запаса прочности принимает вид n = art/a1\

- II зона - упругопластическое состояние в интервале температур от 470° до 725°С (рис. 4, в) - хрупко-пластическое разрушение происходит выкрашиванием и отрывом вдоль передней поверхности, и сдвигом вдоль задней поверхности (по H.H. Зореву износ резца резко уменьшается (рис.

4, а); при 0<х<1 и ащ - Xeri + ~ X)ai^'~I выражение для определения

коэффициента запаса прочности принимает вид п = ав/ ац \

- III зона - пластическое состояние в интервале температур от 725°С до 1100°С (рис. 4, г) — пластическое разрушение происходит сдвигом вдоль передней и задней поверхностей (по H.H. Зореву износ резца снова растет -рис. 4, а); при и ¡' выражение для определения коэффициента запаса прочности принимает вид п = тсд/ ег,-;

- IV зона - состояние текучести кобальтовой связки при температуре больше 1100°С (рис. 4, д) — при критической текучести кобальтовой связки происходит потеря формоустойчивости вдоль передней и задней поверхностей (по Т.Н. Лоладзе для всех сплавов группы ВК - катастрофический износ).

Таким образом, разработанные модели прочности и механики разрушения пластин из ИТС с учетом их состояния хорошо коррелируют с результатами экспериментальных исследований особенностей износа и разрушения твердосплавных пластин резцов по H.H. Зореву и Т.Н. Лоладзе.

Для расчета напряжений и прочности режущих пластин из ИТС с учетом напряжений I и II рода, а также состояния ИТС и цикличности нагруже-ния, разработан алгоритм, который положен в основу методологии (рис. 19).

В третьей главе описываются разработанные новый экспериментально-теоретический метод и установки на основе лазерной интерферометрии для исследования силовых и температурных деформаций и напряжений в режущем инструменте из ИТС на металлорежущих станках при реальных режимах резания, а также математическая модель, способ и устройство определения упругих постоянных Е и р. твердых сплавов.

Физическая суть разработанного метода сводится к измерению изменения толщины режущего элемента At в процессе резания как с зеркально отражающими поверхностями, которые получают после соответствующей механической обработки, так и из прозрачных материалов. В свою оче-

редь, изменение толщины модели Л1 связано со значением сумм главных напряжений (о^+сгг) в точках плоской модели по закону Гука в пределах

Е А*

упругой деформации зависимостью: + стг -----—. (6)

Разработанная математическая модель расчета составляющих напряжений ах, ау, тх-у по суммам главных напряжений 8=(а1+СТ2) сводится к решению известных из теории упругости дифференциальных уравнений второго порядка методом конечных разностей:

д2р З2/1 .. пл д2Б . т

й?^ ^ + ^ = () _д2Р . _д2Р. _ д2Р

"'V <г'=а7'

Расписывая уравнения (7) и (8) в форме конечных разностей для сечения, параллельного оси У, можно'получить следующее выражение для расчета составляющего напряжения сту со свободного контура вдоль расчетного сечения К в точке 0+1): (<ту)-1Аг1>к = (ау ),_ик +1(Ьок + Ь1к ), (10)

(д23У

ГДе Ь1,к = $¡¿+1 + = Л

(9)

у &2

Составляющую напряжений стх определяем из соотношения:

о1)

Для определения значения тху в точках ¡-1, 2, 3, ..., п в сечении к необходимо определить стх по формуле (11) в точках сечений (к+1) и (к-1) и затем / \ 1 '

тху из выражения: 1Г*Д* (12)

Л Н1—в

которое выводится из уравнения условия равновесия _21 = 0. (13)

дх ду

Проверка разработанных математических моделей расчета составляющих напряжений ох, сту, тху путем сравнения результатов, полученных на модели клина по выведенным выражениям и формулам теории упругости, численным методом и экспериментально - поляризационно-оптическим, показала, что изложенный метод расчета, реализованный на ПЭВМ, позволяет определять с требуемой точностью составляющие напряжения стх, суу, тху по суммам главных напряжений 8=(а1+о2), которые могут быть получены интерферометрическим методом.

Исследование НДС режущих пластин инструментов при резании было проведено на интерферометрической установке, которая монтируется на токарный станок модели 163 (рис. 5) [2], [8]. При скоростной киносъемке интерференционных картин получаем кинограммы, позволяющие определить действительное изменение толщины режущей части инструмента а затем

по уравнениям (6), (9), (10), (11) рассчитываем составляющие напряжения.

Тестовые эпюры контактных напряжений на передней поверхности режущего клина инструмента при резании, полученные экспериментально поляри-зационно-оптическим и разработанным интерферо-метрическим методами, доказали достоверность результатов, получаемых разработанным интерферомет-рическим методом (погрешность меньше 10%).

Для определения сумм главных напряжений из выражения (6) необходимо знать модуль продольной упругости Е и коэффициент Пуассона ц. На основе лазерной интерферометрии были разработаны

синхроимпульсы р,

к

Рис. 5. Схема интерферометрической установки (а.с. № 1173179, пат. РФ. № 2086914) (1-лазер, 2-коллиматор, 3-полузеркало, 4-оптический клин, 5-резец, 6- кинокамера)

Рис. 6. Схема устройства для определения упругих постоянных Е и ц (пат. РФ. № 1744445, № 2023252) (1-лазер, 2,3,4-полузеркала, 5-образец, 6,7-фотоприем-ники, 8-элек1ронный счетчик)

способ и устройство (рис. 6) для определения этих упругих постоянных твердых сплавов. Они вычисляются по разработанным моделям:

Р1 21 т

а ЬпХ Ь п

где Р - сила; п, т - числа интерференционных линий продольной и поперечной деформаций; а - толщина образца; 1, Ъ — длина и ширина образца; X - длина волны излучения.

Температурные поля в режущей части инструмента определяются по интерферограммам в процессе резания и сразу после быстрого вывода инструмента из зоны резания, и последующего остывания путем графического вычитания соответствующих эпюр. По разработанной методике, по картинам интерференционных линий строятся поля изотерм, которые хорошо коррелируют с результатами исследований А.Н. Резникова, М.Ф. Полетика, В.Н. Козлова. Знание температурных полей позволяет проводить расчет НДС пластин с учетом напряжений I и II рода и состояния ИТС.

Таким образом, разработан экспериментально-теоретический метод определения деформаций и напряжений в режущих пластинах из ИТС сборных инструментов с требуемой точностью для инженерных расчетов.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния СМП сборных инструментов.

Изучено влияние кинематики и цикличности процесса резания, толщины среза, схем базирования и крепления, типа, формы пластин на их НДС как в плоскости пластины, так и в плоскости схода стружки. В начале работы была проведена динамометрия сил резания при точении конструкционной стали 45 и жаропрочных сплавов 1Х12Н2ВМФ, ЭПЗЗ, ЖСКТ1, ХН60МВТЮ резцами с пластинами разных типов и форм.

Исследование НДС режущего клина в плоскости схода стружки. Экспериментально были получены уравнения распределения нормальных и касательных контактных напряжений на соответствующих поверхностях режущей части инструмента:

передней- а ^=ам-епх; (14) гр=тм-есх2; (15)

задней -

а"Iх .

(16)

2*

(17)

Выведены зависимости между максимальными и средними значениями контактных напряжений: стм = 4-сгКср; тм = 2-хРср. (!8)

Исследование влияния кинематики процесса резания на НДС показало, что при резании врезанием при малых толщинах среза наиболее напряженной является режущая кромка. При увеличении толщины среза с ростом максимальных значений напряжений у режущей кромки растут напряжения растяжения и во второй опасной точке за пределами длины контакта при одновременном приближении этой точки к режущей кромке. На основании изложенного, расчет на прочность режущей части инструментов, работающих при переменных толщинах среза, следует проводить для этих двух точек, наиболее опасных с точки зрения прочности (рис. 7, а). При резании с постоянными толщинами среза наиболее опасной зоной с точки зрения прочности является зона по передней грани у режущей кромки (зона между

х VI V IV Ш 11 1

//п У-' / /1; / /

•

* <ы

<Ъ/ 1:

V

■А 1 <Ь •

р- п.ст- 1; ст.

к •

1 _ 1 С :

?

\ 1

-2 0 »2 а,<7,-2 о 1

мн/м' мн/м'

-в -4 -2 0 +2 мн/и

О б)

Рис. 7. Распределение напряжений в режущем клине:

а - при резании врезанием (а = 0,1 ■ 10 Зм); б - при резании с а =сопй1 (а = 0,1 • 10 Зм)

пунктирной линией и передней гранью) (рис. 7, б). Таким образом, резание врезанием является более благоприятным видом резания с точки зрения напряженного состояния, чем резание при постоянных толщинах среза.

Анализ приведенных на рис. 8 зависимостей показал, что на передней поверхности пластины действуют растягивающие напряжения о^х, а на задней - сжимающие. Установлено, что при приложении вертикальной составляющей силы крепления Рв по нормали к передней поверхности пластины уровень растягивающих напряжений на передней поверхности пластины снижается в 1.2-1.3 раза, а на задней поверхности - в 1.1-1.2 раза. Значения напряжений на передней поверхности в пластинах с углом заострения 0=70° больше, чем в пластинах с углом заострения Р=90° в 1.3-1.4 раза, на задней поверхности - в 1.15-1.2 раза (рис. 8). С увеличением угла растя-

гивающие напряжения на передней грани уменьшаются и постепенно переходят в сжимающие. Оптимальным является напряженное состояние, когда сила резания направлена по биссектрисе угла режущего клина.

Исследование НДС в плоскости СМП. При определении напряжений учитывались следующие параметры: угол е при вершине СМП; главный угол в плане ср; угол V|=arctgRxJPx\ схема крепления СМП.

Впервые экспериментально выявлено, что опасными, с точки зрения прочности, являются напряжения растяжения на главной и сжатия на вспомогательной режущих кромках (рис. 9). Установлено, что самый низкий уровень напряжений в 5-гранных пластинах, а самый высокий - в 3-гранных правильной формы. Напряжения растяжения на главной режущей кромке уменьшаются и переходят в сжимающие по мере приближения вектора силы Кху к биссектрисе угла е СМП.

Циклический характер погружения СМП в процессе резания. Динамометрические исследования процесса резания жаропрочных сплавов резцами с

Рис. 8.Распределение напряжений на передней и задней поверхностях пластины (ХН60МВТЮ, У=0,17 м/с, 8=0,34 мм/об, И2 мм)

0 1 2 3 4 5 6

Рис. 9. Распределение напряжений на главной и вспомогательной режущих кромках СМП разных форм (сталь ХН60МВТЮ, У=0,17 м/с, 1=2 мм, Ф=60°, 8=0,34 мм/об, а=10°): 1-3*-гранная; 2-4"-гранная; 3-5"-гранная

пластинами из ИТС (у от -20° до 25°) с одновременной скоростной киносъемкой интерференционных полей режущей части инструмента показали цикличность характера их нагружения и НДС при всех видах стружкообра-зования: элементной, суставчатой, сливной.

В результате анализа полученных результатов выявлена прямая связь характера распределения напряжений со сдвиговым процессом в зоне резания, при этом характер распределения и величина главных напряжений существенно изменяется в течение одного цикла. Так, изменения главных напряжений у вершины в течение цикла составляют до шести раз. Установлено, что в течение всего цикла при изменении нагрузки от наибольшей Я1Г1ах до наименьшей Итт вдоль передней поверхности имеется две опасные зоны с напряжениями растяжения Ст|: первая расположена в пределах длины контакта С, вторая - на расстоянии более двух длин контакта 2С, а вдоль задней поверхности - напряжения сжатия (рис. 10) [18]. Наиболее опасной является зона на передней поверхности у режущей кромки, где при наибольшей нагрузке Р,^ коэффициент запаса прочности Кзп принимает значения меньше единицы (при у=25° и у=-5°). При этом изменение эквивалентных напряжений стп в указанной зоне в течение цикла достигает 5 раз (при у=25°). Все это, совместно с циклическим характером напряженного состояния, приводит к зарождению и развитию микротрещин, способствующих разрушению режущей части инструмента.

О! ®3 *ти К1

о V \ г \ \ 1 1 е ' учи и з

Рис. 10. Поля изолиний главных напряжений 01, 03, максимальных касательных т,

и коэффициентов запаса прочности Кзп (у=25°)- а, в, д, ж - Ята*; б, г, е, з - Лтт

Экспериментальные результаты, полученные в 4й главе, используются далее в работе в качестве исходных данных для формирования граничных условий на контуре пластин при численных исследованиях НДС СМП, а также для оценки достоверности результатов напряжений и деформаций, получаемых расчетным путем.

В пятой главе изложены результаты численного исследования напряжений I рода методом конечных элементов, проведенного по моделям, разработанным во 2й главе (см. рис. 2), с использованием программных комплексов DAST и Cosmos. Расчетным путем установлены закономерности влияния конструктивных и геометрических параметров СМП на их НДС и прочность, выявлены опасные зоны пластин, определяемые как напряжениями I рода, так и суммарными (с учетом напряжений II рода). Достоверность полученных результатов доказана их сравнением с экспериментальными данными, представленными в 4й главе, а также статистикой разрушения пластин из твердых сплавов.

Анализ полученных картин изолиний напряжений Ст| и о2 в плоскости пластины свидетельствует о том, что для СМП любых форм и типоразмеров, при различных схемах их базирования и крепления в корпусе инструмента, а также при разных условиях резания опасными являются напряжения растяжения CTlmjK на главной и сжатия о2т¡к на вспомогательной режущих кромках, а зоны максимальных растягивающих напряжений расположены от вершины на расстоянии, равном 1/4+1/5 длины пластины (рис. 11) [3].

Результаты численных исследований показали, что из всего многообразия конструктивных параметров СМП наибольшее влияние на НДС пластин оказывают их формы, схемы базирования и крепления. Схема базирования СМП по опорной и двум боковым поверхностям при креплении механизмом рычажного типа обеспечивает минимальные значения опасных напряжений растяжения сть отличающихся от других схем в 2 и более раза.

С увеличением угла е при вершине СМП напряжения растяжения о, на главной (рис. 11) и сжатия о2 на вспомогательной режущих кромках уменьшаются, что подтверждается экспериментальными данными (погрешность меньше 7%).

С целью снижения опасных напряжений растяжения были разработаны пластины, формы которых отличаются от стандартных многогранных увеличением угла при вершине е за счет выполнения боковых граней по цилиндрической и конической поверхностям на всю длину и на половину длины стороны базового многогранника, на которые получен патент РФ [32]. Максимальные на-

повышение прочности

узловые точки кромки

Рис. 11. Распределение напряжений Ст| на главных режущих кромках СМП разных форм (ХН60МВТЮ; ВК8; ф=45°; t=2MM; S=0,34mm/o6; V=0,2m/c) * - пластина новой формы (Па г. РФ № 2201316)

пряжения растяжения ст^ на главной режущей кромке новых пластин уменьшаются в 5 и более раз в зависимости от формы по сравнению со стандартными многогранными.

На основании результатов исследований стандартные С МП были расставлены в ряд по прочности в сторону ее увеличения в следующей последовательности: 3*-гранные, ромбические, 4х-гранные, 5™-гранные, круглые. Со ответствующее место заняли пластины новых форм (s=90°, е==120') (рис. 11).

Исследование влияния геометрических параметров и условий нагру-жения СМП на их НДС в плоскости схода стружки проводились для пластин с разными передними и задними углами, формами передней поверхности, фасками износа и режимами резания, широко применяемыми при обработке деталей из труднообрабатываемых материалов. Анализ полученных результатов показал, что напряжения растяжения расположены на передней поверхности в пределах длины контакта, а определяемые ими опасные зоны находятся на расстоянии, приблизительно равном 1/3+1/4 длины контакта С от вершины, а по эксперименту - 1/4С (рис. 12) (погрешность расчета 5+7%). Влияние переднего у, заднего а углов и направления равнодействующей силы резания Vi на НДС режущего клина необходимо рассматривать совместно, так как они определяют угол \|/ отклонения направления равнодействующей силы от биссектрисы угла заострения р режущего клина. С уменьшением угла ц/ снижаются опасные напряжения растяжения и при V|i=0° имеют минимальные значения.

Анализ НДС СМП с разной формой передней поверхности показал, что эпюры распределения главных напряжений Ст[ и с3 для режущего клина с фаской и с вогнутой передней поверхностью совпадают и примерно в 3 раза меньше по сравнению с главными напряжениями в режущем клине с плоской передней поверхностью.

Исследование влияния изменения фаски износа по задней поверхности (в интервале f,=0-:-l мм) на НДС режущей части инструмента показало, что по мере приближения рассматриваемой точки по передней поверхности к вершине напряжения 0] уменьшаются, и наступает момент, когда они становятся отрицательными и переходят в напряжения сжатия, т.е. возникают условия всестороннего сжатия. С увеличением фаски износа в исследованном диапазоне напряжения Ст) вдоль передней поверхности и сг3 вдоль задней поверхности уменьшаются, что хоро-

1 II 1

s v

г Vi \

V "TV,

УК г- «О* —Л-

1 i т -ъ- Ч)Ь -fl-

А f V 4 5 6 7 9 10

узловые точки поверхности

/ ,1

-с- L=?r

Рис. 12. Распределение напряжений а\ на передней поверхности режущего клина (ХН60МВТЮ; ВК8; у-О"; а=10°; 1=2мм; Б=0,34мм/об; У=0,2м/с): 1 - у2 = 45°; 2 - у2 = 30°; 3 - у2 = 15°

шо согласуется с результатами экспериментальных исследований М.Ф. По-летика, В.В. Мелихова, В.Н. Козлова.

По результатам напряжений I рода и закономерностям их распределения, полученным в 4й и 5 главах, согласно разработанной во 2й главе модели НДС СМП с учетом напряжения I и II рода, построены типовые эпюры напряженного состояния пластин в опасных зонах: на главной режущей кромке и на передней поверхности в главной секущей плоскости. Суммарные опасные напряжения растяжения сгюйщ=<уг1+агц на главной режущей кромке находятся примерно на расстоянии 'Л ее длины от вершины (рис. 13, а), а по передней поверхности - на расстоянии больше двух длин контакта С от вершины (рис. 13, б), что хорошо подтверждается характером разрушения СМП в производственных условиях (рис. 14, а).

Рис. 13. Типовые эпюры напряженого состояния СМП из ИТС в опасных зонах с учетом напряжений I и II рода: а) в плоскости пластины; б) в режущем клине

\ CT, Стр

к 4

ш № 3

у// / V л м» / " иг, '2

X - 0,75

ll

-3 -2 -1 0 l0»

»-»i. 11-хй. »-»3, к jw.o.js5.4-w, 0-№7, а-ж»

а) л!° б)

Рис. 14. Характер разрушения 4*-гранных СМП: а) на образцах разрушенных пластин (фрезерование; ВК8); б) на поле, описанном предельными кривыми напряжений по критерию Писаренко-Лебедева (А=0,75; -/=0,25^0,75)

Результаты статистических данных разрушения С МП из твердого сплава ВК8 торцовой фрезы вписались в поле, ограниченное предельными кривыми прочностных напряжений для СМП из твердых сплавов по критерию Писаренко-Лебедева (5) с вероятностью разрушения А=0,75 при х в интервале 0,25^-0,75 (рис. 14, б). Это доказывает достоверность результатов НДС и прочности СМП, полученных численным методом конечных элементов, правомочность применения теории механики разрушения и прочности Писа-ренко-Лебедева для СМП из ИТС и дает возможность использовать разработанные модели СМП для инженерного расчета НДС и прочности пластин.

В шестой главе доказывается взаимосвязь механических характеристик ИТС с прочностью и работоспособностью СМП во всем температурном диапазоне резания металлов на основе результатов испытаний механических характеристик инструментальных твердых сплавов (ИТС) при температур-но-силовом воздействии и экспериментальных исследований стойкости, а также представлены разработанные способы определения температуры максимальной работоспособности 9М р, трещиностойкости ЭМ1р, инструментального коэффициента К„ и оптимальной скорости резания У0.

На основании экспериментальных исследований были построены зависимости изменения ударной вязкости КСУ и логарифма твердости по Виккерсу ^ НУ для сплавов группы ВК от температуры во всем температурном диапазоне, характерном для резания металлов [31], [34]. Из полученных зависимостей КСУ=^9) (рис. 15) следует, что изменение коэффициента ударной вязкости описывается графиком четырех линейных участков, соединяющихся в точках перегиба, которые находятся для сплавов группы ВК на соответствующих прямых линиях аЬ, с(1, еГ Эти линии разделяют состояние твер-

i 150 300 450 600 750 900 1050 1200 0."с »—о по данным автора; О- —о По данным Креймера Г.С. Рис. 15. Зависимость ударной вязкости сплавов группы ВК от температуры

(реш. о выдаче Пат. РФ по заяв. № 2001135677)

дого сплава в зависимости от температуры на четыре зоны: 1-упругое, II-упруго- пластическое, Ш-пластическое, IV-текучести кобальтовой связки.

Анализ фрактограм изломов твердосплавных образцов показал, что в I зоне диаграммы имеет место хрупкое разрушение, во II зоне - хрупко-пластическое, в III зоне - пластическое, в IV зоне - текучесть кобальтовой связки. Переход от хрупкого к пластическому разрушению подтверждается также траекториями поверхностей разрушения образцов, приведенных на рис. 15. Линия разрыва до температуры 600°С расположена перпендикулярно к поверхности образца, что подтверждает преобладание хрупкого разрушения, а при температуре более 800°С - стремится к углу 45° к поверхности образца, что подтверждает появление зоны пластического разрушения сдвигом в твердых сплавах по траектории максимальных касательных напряжений, а в интервале от 600°С до 800°С хрупкопластическое разрушение. Таким образом, были доказаны первая и вторая гипотезы.

Из полученных экспериментально зависимостей логарифма твердости по Виккерсу твердых сплавов группы ВК от температуры lg HV=f(0°) следует, что они описываются графиком двух линейных участков, соединяющихся в точке перегиба, находящихся на прямой C|di, которая разделила состояние сплавов на упругопластическое и пластическое (рис. 16).

Экспериментальное доказательство третьей гипотезы было проведено путем построения зависимостей относительного поверхностного износа резцов с пластинами из сплава ВК8 при обработке деталей из сплавов II, III, IV, V групп обрабатываемости с одновременным измерением температуры резания методом естественной термопары (рис. 17).Сравнение температуры максимальной работоспособности ©мр для сплава ВК8, при которой на графике логарифма твердости по Виккерсу (рис. 16) имеет место точка перегиба, и

laHv

1,

8К10 с'\|

ВК15 | I

I I I 1

1 750' 1 \|

1000 в,-С

100 50 hem

см '

500 400 300 200 100

(1 Юм)

8-^ 4- 2- 1

<L-i.

е.

■f :

|

_

е;с

900 800 700 600 500

а) 1Х12Н2ВМФ—группа II

и Л }

г* h»* Г

900 В00 700 300

-Г7—?00

8 10 12 14 1в 18 20 V.M/MUH б) КНбОМВТЮ-Фуппа V

10'С

Рис. 16. Зависмость логарифма твердости сплавов группы ВК от температуры (Пат. РФ №2173611)

Рис. 17. Зависимости относительного износа, пути резания и температуры от скорости резания (ВК8, S=0,1 мм/об, t=l мм; у=0°; а=8°)

температуры резания, определенной при оптимальной скорости резания пластиной из ВК8 для разных групп обрабатываемых материалов (рис. 17) с применением метода естественной термопары, показало хорошее совпадение (ИТС - ВК8 - ©Мр.=750°С; 1Х12НВМФ - ©=730°С; ХН60МВТЮ -0мр=75О°С; 1Х17Н2 - ©мр=730°С; ЭПЗЗВД - ©мр=750°С; погрешность меньше 5%). Таким образом, доказана третья гипотеза.

Анализ зависимостей ударной вязкости сплавов группы ВК во всем температурном диапазоне резания металлов показал (рис. 15), что температуры, при которых сплавы переходят из упруго-пластического в пластическое состояние, соответствуют температуре максимальной работоспособности (рис. 17). Это свидетельствует о том, что температуру максимальной работоспособности режущих пластин из твердых сплавов можно определять как по точке перегиба зависимости lgHV=f(0), так и по второй точке перегиба ударной вязкости KCV=f(©).

На основании экспериментальных зависимостей ударной вязкости сплавов группы ВК при температурно-силовом воздействии (рис. 15) выведены формулы для определения следующих температур:

- максимальной трещиностойкости вм,тр =675 "С-Кщ, [КСУ]^,, (19) где Ктр - изменение температуры максимальной трещиностойкости на единицу ударной вязкости; [KCV]mp - значение ударной вязкости сплава при комнатной температуре (20-г25°С);

- максимальной работоспособности 0^=875 Х!-Кр [KCV]p, (20) где Кр - изменение температуры максимальной работоспособности на единицу ударной вязкости; [KCVJP - значение ударной вязкости сплава при температуре в интервале 800+950°С.

В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований изменений механических характеристик ИТС, ударной вязкости KCV и логарифма твердости по Виккерсу lg HV от температуры для практического использования построена номограмма, позволяющая определять температуры максимальной трещиностойкости 0мтр и работоспособности 0мр, инструментальный коэффициент Ки (рис. 18). По левой ветви номограммы, построенной в координатах зависимости ударной вязкости KCV от температуры, определяем для твердых сплавов температуру максимальной трещиностойкости 9мтр и соответственно температуру предварительного подогрева. По правой ветви диаграммы, построенной в координатах зависимости логарифма твердости lg HV от температуры, определяем для твердых сплавов температуру максимальной работоспособности 6мр и инструментальный коэффициент коррекции скорости Ки при смене инструментального материала.

Установлена эмпирическая зависимость для определения инструментального коэффициента Ки ИТС по температуре максимальной работоспособности:

К„ = 0,0131 ■ вм р - 8,5723. (21)

При изучении трещиностой-кости твердых сплавов сравнение отношений коэффициентов интенсивности напряжений К1с двух сплавов группы ВК с отношением их инструментальных коэффициентов Ки показало их обратно пропорциональную зависимость. На основании этого получено выражение для определения инструментального коэффициента^:

К СУ I Ю! (Дяс/м®)

V -

и 2 ~--

К1

с1

кг

(22)

с2

где К1С, и К1С2 - коэффициенты интенсивности напряжений соответственно базового и определяемого твердого сплава, которые могут быть получены при лабораторных испытаниях на трещиностойкость.

Экспериментальная проверка четвертой гипотезы путем предварительного подогрева пластин из ИТС до тем-

Рис. 18. Номограмма для определения температур максимальной работоспособности 0ц р, трещино-стойкости ©М1р и инструментального коэффициента Ки сплавов ВК и ТК (Заяв. на Пат. РФ № 2002111595)

■-■ © м р. на основании стойкостных испытаний

X-к экспериментальная проверка © м р = V)

А-А экспериментальная проверка © м ^ = ЯКСV)

пературы максимальной трещиностоикости, определенной, в соответствии со второй гипотезой, по первой точке перегиба зависимости ударной вязкости твердого сплава от температуры КСУ = 1"(0°) (рис. 15), показала повышение стойкости на 25%. Разработана электромеханическая схема резца с предварительным подогревом режущей пластины, которая положена в основу способа повышения работоспособности инструмента. Таким образом, доказана четвертая гипотеза.

Для практического использования разработан экспресс-метод определения оптимальной скорости резания металлов твердосплавным инструментом по температуре максимальной работоспособности ИТС - 0°м р, который заключается в определении 0°м р по второй точке перегиба зависимости ударной вязкости данного твердого сплава от температуры КСУ = Г(©°) и последующем ее получении и поддержании при резании металлов, которое может быть достигнуто с помощью метода естественной термопары при непрерывном изменении скорости резания с применением бесступенчатого регулирования привода главного движения на станке с ЧПУ при постоянных остальных параметрах.

Таким образом, экспериментально доказаны выдвинутые гипотезы о наличии у каждого инструментального твердого сплава группы ВК характерных температур: максимальной трещиностойкости и максимальной работоспособности и разработаны способы их определения, защищенные патентами РФ на изобретения.

В седьмой главе изложена разработанная методология расчета, проектирования и эксплуатации С МП из твердых сплавов и сборных инструментов в условиях повышенной работоспособности, позволяющая осуществлять выбор и расчет конструктивных параметров, схем базирования и крепления СМП из ИТС сборных инструментов на основании прочностного подхода, а •

также обеспечивать условия их максимальной работоспособности. Приведены разработанные конструкции СМП повышенной прочности и сборных инструментов повышенной работоспособности.

В основу методологии положены теоретические положения о НДС, прочности и максимальной работоспособности СМП из ИТС, требования к разрабатываемым новым конструкциям пластин и сборных инструментов, сформулированные на основе экспериментальных и численных исследований методом конечных элементов, новая классификация схем базирования и крепления пластин, позволяющая выбрать схемы, обеспечивающие существенное снижение опасных напряжений растяжения. Блок-схема разработанной методологии приведена на рис. 19. Она сформирована из четырех основных этапов: задание исходных данных, формирование требований, проектирование, эксплуатация при условиях максимальной работоспособности.

На основании созданного метода расчета и проектирования СМП были разработаны конструкции пластин повышенной прочности с криволинейными режущими кромками на всю длину (рис. 20, а) и на половину длины пластины (рис. 20, б), на которые получен патент РФ №2201316.

С этими пластинами разработаны конструкции сборных резцов (рис. 21) и фрез (рис. 22). Производственные испытания и внедрение разработанных сборных резцов с новыми пластинами повышенной прочности показали увеличение количества обрабатываемых деталей одной режущей кромкой, до поворота пластины, примерно в 3 раза (черновое точение, Т15К6, 40Х).

Инструменты с СМП правильной формы (рис. 23,24) спроектированы с применением разработанной методологии, защищены авторскими свидетельствами и внедрены на семи предприятиях. Весь набор разработанных инструментов состоит из 15 наименований. Инструменты, испытанные и •

внедренные в производство, показали снижение частоты отказов из-за поломки в 3-4 раза и повышение их работоспособности на 20-25%.

Разработанные способы и устройства, защищенные патентами РФ, и РТМ позволили существенно сократить трудоемкость по определению и поддержанию условий максимальной работоспособности сборных инструментов с СМП из ИТС.

1 1 ЧЕРТЕЖ 1 2. ВИД 1 3 ВИД 1 4 ОБРАБАТЫВАЕМЫЙ 1.5 МАРКА :

ДЕТАЛИ ОБРАБОТКИ« ИНСТРУМЕНТА МАТЕРИАЛ ИТС :

I. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

II. ФОРМИРОВАНИЕ ТРЕБОВАНИЙ

2 I ПРОЧНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ (К„)

2 2. МАКСИМАЛЬНАЯ РАБОТОСПОСОБНОСТЬ СМП ИЗ ИТС

2.3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ (к., точность обраб-кк)

_Ш. ПРОЕКТИРОВАНИЕ_

I 3.1. РЕЖИМЫ РЕЗАНИЯ ] | 3 2. ВЫБОР ГЕОМЕТРИИ НСТРУМЕНТА |

3 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАНИЧНЫХ УСЛОВИЙ НАГРУЖЕНИЯ СМП

#43 НОВЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ ПОВЫШЕНИЕ РАБОТОСПООБНОСТИ СМП

• - применяются результаты теоретических, численных и экспериментальных исследований автора.

Рис. 19. Блок-схема методологии расчета, проектирования и эксплуатации СМП из твердых сплавов и сборных инструментов в условиях повышенной работоспособности

а) б)

Рис. 20. Сменные пластаны повышенной прочности (Пат. РФ №2201316)

Рис. 21. Разработанные конструкции резцов с пластинами повышенной -] прочности

Рис. 22. Торцовая фреза с пластинами повышенной прочности

Рис. 23. Сборный резец (а.с. № 948546)

Рис. 24. Сборная торцовая фреза (а.с. № 1143526)

В заключении сформулированы основные выводы и результаты работы:

1. Впервые разработаны модели напряженно-деформированного состояния СМП из твердых сплавов, механики их разрушения, прочности и работоспособности с учетом напряжений I и II рода, цикличности нагруже-ния, состояния ИТС при резании: упругого, упругопластического, пластического и текучести кобальтовой связки.

2. Создан новый экспериментально-теоретический метод определения напряженно-деформированного состояния и температурных полей в режущих пластинах из ИТС при резании на основе лазерной интерферометрии, включающий способ и устройство измерения деформаций (A.C. № 1173179, Пат. РФ № 2086914), математическую модель расчета составляющих напряжений ох, cjy, тху по суммам главных напряжений (ai+a2), способ и устройство определения модуля упругости Е и коэффициента Пуассона ц ИТС (Пат. РФ № 1744445, № 2023252).

3. Впервые получены экспериментально, методом лазерной интерферометрии, и численным методом, с применением конечных элементов, закономерности распределения напряжений и деформаций в СМП из ИТС

для различных конструктивных параметров пластин, схем базирования и крепления, условий силового и температурного нагружения, которые позволяют находить решения, обеспечивающие снижение опасных напряжений в режущих пластинах и соответствующее увеличение работоспособности сборных инструментов.

4. Впервые экспериментально, с применением разработанного метода лазерной интерферометрии, установлен циклический характер напряженно-деформированного состояния режущий части инструмента при разных видах стружкообразования, обусловленный периодическими сдвигами элементов обрабатываемого материала в плоскости сдвига, вскрывающий одну из причин развития трещин и усталостного хрупкого разрушения режущих элементов изИТС.

5. Впервые установлены характерные температуры инструментальных твердых сплавов при температурно-силовом воздействии на них:

- максимальной трещиностойкости, определяемой по первой точке перегиба зависимости ударной вязкости (KCV) от температуры;

- максимальной работоспособности, определяемой по второй точке перегиба зависимости ударной вязкости (KCV) от температуры или по точке перегиба зависимости логарифма твердости по Виккерсу (lgHV) от температуры.

6. На основании установленных характерных температур ИТС разработаны:

- экспресс-методы определения температуры максимальной работоспособности ИТС и оптимальной скорости резания (A.C. № 901844, № 1157601, Пат. РФ №2173611, реш. о выдаче Пат. РФ по заяв. № 2001135677);

- номограмма для определения температур максимальной работоспособности, трещиностойкости и инструментального коэффициента ИТС;

- способ и устройство повышения работоспособности инструмента путем предварительного нагрева режущей пластины до температуры максимальной трещиностойкости ИТС (Пат. РФ № 2207936);

- РТМ по оптимизации режимов резания при обработке деталей из жаропрочных материалов.

7. Разработана научно-обоснованная методология расчета НДС, прочности СМП и определения условий эксплуатации пластин из ИТС, обеспечивающих максимальную работоспособность инструментов.

8. Разработаны новые сменные неперетачиваемые пластины повышенной прочности с криволинейной режущей кромкой (Пат. РФ №2201316) и сборные торцовые фрезы и резцы с их применением, производственные испытания и внедрение которых показало повышение работоспособности инструментов в 3 раза. Разработаны новые конструкции сборных инструментов повышенной работоспособности со сменными многогранными пластинами: резцы, зенкеры, торцовые и цилиндрические фрезы, протяжки (A.C. №№ 778940, 948546, 1143526), ряд из которых прошли испытания и внедрены в производство.

9. Новые технические и технологические решения, разработанные на основе проведенных в работе научных исследований, защищены 13 авторскими свидетельствами и патентами, внедрены на 9 предприятиях, в том числе оборонной промышленности, со значительным экономическим эффектом.

Основные научные результаты диссертации опубликованы в научных изданиях:

1. Артамонов Е.В., Смолин Н.И. Проектирование сборных инструментов с многогранными неперетачиваемыми пластинами / Тюм. инд. ин-т. - Тюмень, 1989. - 128 с. - Деп. в ВИНИТИ 1989, Б.У. №11.

2. Артамонов Е.В., Ефимович И.А., Смолин Н.И., Утешев М.Х. Напряженно-деформированное состояние и прочность режущих элементов инструментов. - М.: Недра, 2001.-199 с.

3. Артамонов Е.В., Помигапова Т.Е., Утешев М.Х. Исследование напряжений, деформаций и прочности сменных режущих пластин методом конечных элементов. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2002. - 147 с.

4. Артамонов Е.В. Прочность и работоспособность сменных твердосплавных пластин сборных режущих инструментов. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2003. -192 с.

5. Утешев М.Х., Артамонов Е.В. Исследование напряженного состояния режущей части инструмента интерферометрическим методом при резании с переменной толщиной среза// Надежность режущего инструмента: Труды Всесоюзн. научно-техн. конф.- Киев - Донецк: Вища школа, 1975. - Вып. № 2. - С. 70-74.

6. Артамонов Е.В., Утешев М.Х., Некрасов Ю.И. Исследование напряженного состояния режущей части инструментов с применением оптических квантовых генераторов// Геометрические методы исследования деформаций и напряжений: Труды 2-го Всесоюзного семинара. - Челябинск, 1976. - С. 137-146.

7. Артамонов Е.В. Твердосплавные фрезы// Машиностроитель. - 1977. -№14.-С. 27.

8. Утешев М.Х., Некрасов Ю.И., Артамонов Е.В. Измерение в пластинах поперечных деформаций с высоким градиентом // Заводская лаборатория. -М., 1977. - №7. - Том 43. - С. 889-891.

9. Утешев М.Х., Некрасов Ю.И., Артамонов Е.В. Топографическая установка для исследования напряженно-деформированного состояния режущей части инструмента // Станки и инструмент. -1978. - № 6. - С. 38-39.

10. Расторгуев Г.В., Артамонов Е.В., Некрасов Ю.И. Экспериментальные исследования коэффициента динамичности методом лазерной интерферометрии // Нефтепромысловое строительство. - М.: ВНИИОЭНГ, 1980. - №3. -С. 10-11.

11. Артамонов Е.В., Некрасов Ю.И., Смолин Н.И. Сборный инструмент // Машиностроитель. - 1984. - № 5. - С. 32.

12. Ефимович И.А., Артамонов Е.В., Некрасов Ю.И. Сборная торцовая фреза // Машиностроитель. - 1985. - № 1. - С. 35.

13. Артамонов Е.В., Ефимович И.А. Оптимизация режимов обработки деталей газовых турбин на станках с ЧПУ // Проблемы освоения энергетических ресурсов Западно-Сибирского нефтяного комплекса: Сб. трудов Всероссийской научно-техн. конф. - Тюмень: ТГУ, 1988. - С. 136-140.

14. Артамонов Е.В., Мостовщиков H.A., Помигалова Т.Е., Разработка программного продукта для определения конструктивных параметров СМП сборных инструментов // Новые материалы и технологии в машиностроении: Материалы международ, научн.-техн. конф. - Тюмень: ТГНГУ, 2000.-С. 16-17.

15. Артамонов Е.В., Костив В.М., Помигалова Т.Е. Повышение работоспособности твердосплавных СМП сборных инструментов // Новые материалы и технологии в машиностроении: Материалы международ, научн.-техн. конф. - Тюмень: ТГНГУ, 2000. - С. 43-44.

16. Артамонов Е.В., Ковенский И.М., Костив В.М., Помигалова Т.Е. Конструкция металлорежущего твердосплавного инструмента повышенной работоспособности // Энергосберегающие технологии в нефтегазовой промышленности России: Материалы международного совещания. - Тюмень: ТГНГУ, 2001. - Ч. 1.-С. 52-55.

17. Артамонов Е.В., Ковенский И.М., Костив В.М., Помигалова Т.Е. Методика определения оптимальных условий резания инструментами из твердых сплавов // Энергосберегающие технологии в нефтегазовой промышленности России: Материалы международного совещания. - Тюмень: ТГНГУ, 2001. — Ч. 1.-С. 142-143.

18. Артамонов Е.В., Ефимович И.А. Исследование динамики напряженно-деформированного состояния режущей части инструмента с применением лазерной интерферометрии // Юбилейный сборник: Материалы международной конференции. - Киев: КИСМ, 2002.- С. 337-344.

19. Артамонов Е.В., Помигалова Т.Е. Влияние формы сменных многогранных пластин на их напряженно-деформированное состояние // Современные проблемы в машиностроении: Материалы 1-й Международной научно-практической конференции. - Томск: ПТУ, 2002. - С. 131-133.

20. Артамонов Е.В. Определение температуры максимальной работоспособности режущих пластин из твердых сплавов // Современные проблемы в машиностроении: Материалы 1-й Международной научно-практической конференции. - Томск: ТПУ, 2002. - С. 134-135.

21. Артамонов Е.В. Повышение эффективности обработки деталей газоперекачивающих агрегатов // Известия вузов «Нефть и газ». - Тюмень, 2003.-№6. - С. 40-46.

22. А. с. 778940 СССР, МКИ 023 В 27/16. Сборный резец /Е.В.Артамонов, Н.И.Смолин, Ю.И.Некрасов (СССР). - №2692663/25-08; Заявл. 06.12.78; Опубл. 15.11.80, Бюл. № 42.

23. А. с. 901844 СССР, МКИ 001 К 7/02. Устройство для измерения температуры / Ю.И. Некрасов, Е.В. Артамонов, И.А. Ефимович, B.C. Воронов (СССР). -№ 2884590/18-10; Заявл. 19.02.80; Опубл. 30.01.82, Бюл. № 4.

РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА С-ПегсрЧгрг ОЭ W •«

24. А. с. 948546 СССР, МКИ 023 В 27/16. Сборный резец /Е.В. Артамонов, Ю.И. Некрасов, Н.И. Смолин (СССР). - №3250286/25-08; Заявл. 25.02.81; Опубл. 07.08.82, Бюл. №29.

25. А. с. 1143526 СССР, МКИ В23С 5/06. Режущий инструмент / И.А. Ефимович, Е.В. Артамонов, Ю.И. Некрасов (СССР). - № 3629284/25-08; Заявл. 05.08.83; Опубл. 07.03.85, Бюл. № 9.

26. А. С. 1157601 СССР, МКИ НО 1 КЗ 5/00. Устройство для электрической связи между неподвижным и вращающимся объектами / Ю.И. Некрасов, Е.В. Артамонов, И.А. Ефимович (СССР). - №3573114/24-07; Заявл. 04.04.83; Опубл. 23.05.85, Бюл. № 19.

27. А. с. 1173179 СССР, МКИ 001В 11/16. Способ исследования деформации материалов в процессе снятия стружки резанием / Е.В. Артамонов, Ю.И. Некрасов, И.А. Ефимович (СССР). - № 3588086/25-08; Заявл. 08.02.83; Опубл. 15.08.85, Бюл. № 30.

28. Патент РФ 1744445, МПК5 001В 11/16. Устройство для определения упругих постоянных малопластичных металлов и сплавов / И.А. Ефимович, Е.В. Артамонов, Д.В. Каширских (РФ). - №4780782/28; Заявл.09.01.90; Опубл. 30.06.92, Бюл. № 24.

29. Патент РФ 2023252, МПК5 001М 3/00,001В 11/16. Способ исследования деформации материала / Е.В. Артамонов, И.А. Ефимович, Д.В. Каширских (РФ). -№4789786/28; Заявл.05.12.89; Опубл. 15.11.94, Бюл. №21.

30. Патент РФ 2086914, МПК5001В 11/16. Способ исследования деформации режущего инструмента в процессе эксплуатации / И.А. Ефимович, Е.В. Артамонов (РФ). - №4790242/28; Заявл.08.02.90; Опубл. 10.08.97, Бюл. №22.

31. Патент РФ 2173611, МПК 7В 23В 1/00. Способ определения оптимальной скорости резания твердосплавными инструментами / Е.В. Артамонов, В.Н. Кусков, Т.Е. Помигалова, В.М. Костив (РФ). - №99121439/02(022712); Заявл. 12.10.99; Опубл. 20.09.01; Бюл. №26.

32. Патент РФ 2201316, МПК 7В 23В 27/16. Режущая пластина / Е.В. Артамонов, И.А. Ефимович, Т.Е. Помигалова (РФ). - №2001105806/02; За-явл.01.03.01; Опубл. 27.03.03, Бюл. №9.

33. Патент РФ 2207936, МПК 7В 23В 1/00. Способ металлообработки твердосплавным инструментом/ Е.В. Артамонов, И.А. Ефимович, В.М. Костив, Т.Е. Помигалова (РФ). Заявл. 4.10.2001; Опубл. 10.07.03; Бюл. №19.

34. Пол. реш. о выдаче патента на изобретение по заявке №2001135677 от 27.03.03. Способ определения оптимальной скорости резания твердосплавными инструментами / Артамонов Е.В., Кусков В.Н., Костив В.М., Помигалова Т.Е. (РФ). - Заявл. 24.12.01.

Подписано к печати 6.10.2003 г.

Заказ № Уч. изд. л. 2.0

Тираж 100 экз. Усл. печ. л. 2.0

Тюменский государственный нефтегазовый университет Отдел оперативной полиграфии, 625000, г. Тюмень, ул. Володарского, 38

(

t I

*

V

2ggj-А lóófj •tees?

ВВЕДЕНИЕ

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Анализ видов разрушения и износа СМП из твердых сплавов в процессе резания

1.2. Патентные исследования конструкций СМП

1.3. Факторы, определяющие конструктивные параметры СМП

1.4. Результаты исследования напряженно-деформированного состояния и прочности режущих элементов инструментов

1.5. Работоспособность режущих элементов из твердых сплавов

1.6. Основные сведения об инструментальных твердых сплавах и их разрушении 51 1.7 Теоретические основы механики разрушения и прочности структурно-неоднородных материалов 55 1.8.Анализ проведенных работ. Цели и задачи исследования

2. РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ, РАЗРУШЕНИЯ, ПРОЧНОСТИ И МАКСИМАЛЬНОЙ РАБОТОСПОСОБНОСТИ СМП ИЗ ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ

2.1. Исследование взаимосвязи изменений физико-механических характеристик инструментальных твёрдых сплавов (ИТС) в зависимости от температуры с износом и работоспособностью инструментов

2.2. Взаимосвязь трещиностойкости твёрдых сплавов с инструментальным коэффициентом Ки

2.3. Разработка моделей напряженного состояния СМП из твёрдых сплавов с учетом напряжений I и II рода:

2.3.1. Разработка математической и физической моделей температурных микронапряжений в ИТС (напряжений II рода)

2.3.2. Разработка моделей напряженного состояния СМП с учетом напряжений I и II рода

2.4. Разработка моделей разрушения и прочности СМП из твёрдых сплавов

2.4.1. Теоретические основы

2.4.2. Разработка математической и физической моделей разрушения СМП из ИТС

2.4.3. Разработка моделей прочности и механики разрушения режущего клина СМП с учетом состояния ИТС

2.4.4. Статистика разрушения СМП из твердых сплавов

2.4.5. Усталостная прочность СМП из твердых сплавов

2.5. Алгоритм расчета на прочность СМП из ИТС

2.6. Разработка методики численного исследования НДС СМП инструментов на основе метода конечных элементов

2.7. Выводы

3. РАЗРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧЕСКОГО МЕТОДА ИССЛЕДОВАНИЯ НДС В РЕЖУЩЕМ ИНСТРУМЕНТЕ НА ОСНОВЕ ЛАЗЕРНОЙ ИНТЕРФЕРОМЕТРИИ

3.1. Новый метод определения деформаций и напряжений по данным интерферометрических измерений

3.1.1. Суть интерферометрического метода

3.1.2. Разработка математических моделей для расчета составляющих напряжений ах, ау, хху численным методом по суммам главных напряжений

3.1.3. Экспериментальная установка и методика проведения опытов

3.1.4. Расчет составляющих напряжений в клине по экспериментальным данным и теоретически

3.2. Новый способ определения модуля упругости Е и коэффициента Пуассона ц методом лазерной интерферометрии

3.2.1. Математическая модель способа

3.2.2. Устройство для определения модуля упругости Е и коэффициента Пуассона ц

3.3. Экспериментальная установка для исследования НДС режущего клина инструмента интерферометрическим методом с применением киносъемки

3.4. Установка для исследования напряжений в плоскости СМП

3.5. Расчет температур в режущем клине

3.6. Выводы

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИИ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ И ПРОЧНОСТИ СМП ИНСТРУМЕНТОВ

4.1. Определение силы резания при точении сборными резцами с

4.2. Влияние схемы базирования и крепления СМП на жесткость сборных инструментов

4.3. Исследование напряженно-деформированного состояния режущего клина инструмента в плоскости схода стружки

4.3.1. Исследование механики процесса резания с переменной толщиной среза

4.3.2. Контактные напряжения на режущих кромках инструментов при резании с переменными толщинами среза

4.3.3. Распределение главных напряжений в режущей части инструмента при резании с постоянной толщиной среза и врезанием

4.3.4. Эмпирические зависимости распределения контактных напряжений на передней и задней поверхностях режущего клина инструмента

4.3.5. Моделирование напряженного состояния инструмента

4.3.6. Аналитический расчет напряженного состояния режущей части инструмента и экспериментальная проверка

4.4. Исследование напряженно-деформированного состояния в плоскости СМП

4.4.1 .Определение конструктивных параметров, характеризующих напряженно-деформированное состояние и прочность СМП 162 4.4.2. Определение величины силы крепления СМП в корпусе сборного инструмента

4.5. Результаты исследования объемного напряженного состояния СМП

4.6. Циклический характер нагружения режущей части инструмента в процессе резания

4.6.1. Цикличность нагружения режущего инструмента по ре

• зультатам динамометрии и теоретическому расчету

4.6.2. Распределение напряжений в режущей части в условиях циклического нагружения

4.6.3. Анализ напряженно-деформированного состояния и прочности СМП в условиях циклического нагружения

4.6.4. Температурные поля в режущей части инструмента 190 4.7. Выводы

5. ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО

• СОСТОЯНИЯ И ПРОЧНОСТИ СМП ЧИСЛЕННЫМ МЕТОДОМ С ПРИМЕНЕНИЕМ МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

5.1. Исследование НДС в плоскости СМП

5.1.1. Влияние схемы базирования и крепления СМП

5.1.2. Влияние условий нагружения СМП

5.1.3. Влияние формы, типа и линейных размеров СМП

5.2. Разработка СМП новых форм повышенной прочности 208 .5.3. Исследование НДС режущего клина в плоскости схода стружки л 5.3.1. Влияние условий нагружения и геометрии режущего кли

5.3.2. Влияние формы передней поверхности режущего клина

5.3.3. Влияние фаски износа по задней поверхности режущего клина

5.4. Определение температурных полей в плоскости пластины и плоскости схода стружки

5.5. Влияние конструктивных параметров СМП и условий их нагружения на деформации пластин

5.6. Напряженно-деформированное состояние, прочность и разрушение СМП из ИТС с учетом напряжений I и II рода

5.7. Выводы

6. ПОВЫШЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ СМП ИЗ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ

6.1. Экспериментальные исследования изменений механических характеристик инструментальных твердых сплавов (ИТС) от темпера

6.1.3. Экспериментальное определение температур максимальной работоспособности ИТС с применением метода естественной термопары

6.2. Номограмма определения температур максимальной трещино-стойкости, работоспособности и инструментального коэффициента твердых сплавов

6.3. Взаимосвязь механических характеристик ИТС с особенностями износа, разрушения и работоспособности инструментов

6.4. Способы ускоренного определения условий максимальной работоспособности режущих пластин по изменению механических характеристик ИТС от температуры

6.4.1. Способ определения оптимальной скорости резания по логарифму твердости

6.4.2. Способ определения температуры максимальной работоспособности по ударной вязкости

6.4.3. Способ определения инструментального коэффициента Ки по температуре максимальной работоспособности ИТС

6.5. Эмпирические формулы расчета температур максимальной тре-щиностойкости 0м.тр. и максимальной работоспособности 0м р. режущих пластин из сплавов ВК

6.6. Повышение работоспособности инструмента путем предварительного подогрева ИТС

6.7. Оптимизация режимов обработки деталей из труднообрабатываемых материалов на станках с ЧПУ

6.7.1. Стойкостные испытания

6.7.2. Номограмма оптимизации режимов резания на основе стойкостных испытаний

6.7.3. Экспресс-метод определения оптимальной скорости резания

6.8. Испытание и внедрение дискретного точения на станках с программным управлением 271 6.9 Выводы туры резания

6.1.1. Исследование ударной вязкости ИТС

6.1.2. Исследование твердости ИТС

7. МЕТОДОЛОГИЯ РАСЧЕТА, ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ СМП И СБОРНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ ПОВЫШЕН

7.1. Блок-схема методологии расчета, проектирования и эксплуатации СМП сборных инструментов повышенной работоспособности

7.2. Основные положения проектирования СМП и сборных инструментов

7.3. Методика выбора схем базирования и крепления СМП, обеспечивающих повышение эксплуатационных характеристик инструментов

7.4. Разработанные конструкции пластин и сборных инструментов повышенной работоспособности

7.4.1. Сменные неперетачиваемые пластины повышенной прочности с цилиндрическими и коническими боковыми поверхностями (криволинейными режущими кромками)

7.4.2. Сборные резцы и фрезы с пластинами повышенной прочности

7.5. Разработанные конструкции сборных инструментов с пластинами правильной многогранной формы

7.5.1. Резцы сборные

7.5.2. Фреза торцовая и зенкер

7.5.3. Фрезы сборные цилиндрические с винтовым зубом

7.5.4. Фреза торцовая со ступенчатым расположением СМП

7.5.5. Протяжка для обработки наружных поверхностей

7.5.6. Резцы сборные с креплением СМП с помощью накладного прижима по системе М (ISO)

7.6. Выводы

НОЙ РАБОТОСПОСОБНОСТИ

В условиях рыночной экономики невозможно обеспечить снижение издержек и повышение конкурентоспособности производства без использования современных технологий, оборудования, инструментов. Одним из путей подъема эффективности механической обработки резанием является переход с использования папайного режущего инструмента на сборный с механическим креплением сменных многогранных пластин (СМП). Целесообразность такого перехода для большинства случаев обработки резанием подтверждается мировой практикой и уже не вызывает сомнений у производственников.

В настоящее время широкое применение получили сборные инструменты с СМГ! при всех видах механической обработки резанием. СМП используются в следующих сборных инструментах: токарных резцах, сверлах, зенкерах, фрезах, протяжках.

По данным ВНИИ инструмента опыт внедрения резцов с СМП показал следующие преимущества, по сравнению с напайным инструментом: повышение стойкости пластин на 25-30%, уменьшение расхода твердого сплава в 2 раза, уменьшение суммарных затрат на изготовление инструмента в 3-4 раза, повышение производительности труда на 2025% (рис. 1).

Статистика применения инструмента с СМП на машиностроительных предприятиях свидетельствует, что на долю отказов инструментов с СМП в результате разрушения пластин приходится 70-75%. Анализ видов отказов СМП в производственных условиях показал, что характерными видами разрушений являются выкрашивание, скалывание, поломка. Специфика нагружения СМП заключается в том, что напряжения возникают как от сил резания, так и от сил крепления. Причем каждая из них может привести к разрушению СМП. Это обуславливает необходимость исследования напряженно-деформированного состояния (НДС) и прочности СМП инструментов.

150 - %

100

50

I нэпа иной (ИСМП

Рис. 1. Преимущества сборного инструмента с СМП

Существует большое количество практических рекомендаций в инструментальных каталогах и справочниках по применению сборного инструмента, однако не разработаны инженерные методики выбора и расчета СМП, направленные на повышение прочности и работоспособности. Принципиально новый подход для решения этой проблемы стал возможным с появлением мощных программных комплексов на основе метода конечных элементов. Поэтому повышение эффективности применения сборного инструмента на основе исследования напряженно-деформированного состояния и прочности СМП при механической обработке путем создания инженерного метода выбора или расчета основных параметров СМП на основе прочностного подхода и определение условий их максимальной работоспособности является актуальной проблемой.

Целью исследований является научно-обоснованное повышение работоспособности сборных режущих инструментов на основе результатов исследования напряженно-деформированного состояния и прочности сменных твердосплавных пластин.

Для решения изложенной цели исследования сформулированы основные направления работы:

- выявить основные факторы, влияющие на НДС, прочность и работоспособность СМП из ИТС;

- разработать математические модели напряженно-деформированного состояния СМП из ИТС, механики их разрушения, прочности и работоспособности;

- исследовать НДС и прочность СМП с учетом их конструктивных параметров, схем базирования, крепления и нагружения экспериментально, на основе лазерной интерферометрии, и численным методом, на основе конечных элементов;

- установить взаимосвязь механических свойств ИТС с прочностью и работоспособностью инструментов, и разработать методики определения условий их максимальной работоспособности по зависимостям изменения их механических характеристик от температурно-силового воздействия;

- разработать научно обоснованную методологию расчета, проектирования и эксплуатации СМП сборных инструментов с целью повышения их работоспособности на основе прочностного подхода;

- на основании результатов исследований разработать новые технические и технологические решения.

Исследования основаны на использовании фундаментальных положений теории упругости, теории пластичности, современных численных методов решения задач. Разработан экспериментально-теоретический метод и установки исследования НДС СМП сборных инструментов на основе лазерной интерферометрии, защищенные патентами РФ на изобретение. Экспериментальные исследования выполнялись в лабораторных и производственных условиях и включали изучение НДС, механику разрушения, прочность и работоспособность СМП. Численные исследования НДС и прочности СМП проведены методом конечных элементов с использованием программ DAST и Cosmos.

Автором выносятся на защиту следующие основные положения:

-разработанные математические модели НДС с учетом напряжений I и II рода, прочности и максимальной работоспособности СМП из ИТС, механики разрушения, цикличности нагружения и состояния ИТС;

- экспериментально-теоретический метод и установки определения силовых и температурных деформаций и напряжений в СМП инструментов с применением лазерной интерферометрии;

- установленные экспериментально и расчетным путем закономерности распределения напряжений и деформаций в СМП из ИТС как на контактных поверхностях, так и внутри тела для различных конструктивных параметров пластин, схем базирования, крепления, условий силового и температурного нагружения, опасные зоны с позиций прочности;

- научно обоснованная методология расчета НДС, прочности СМП из ИТС и определения условий эксплуатации режущих пластин, обеспечивающих их максимальную работоспособность;

- новые технические и технологические решения, защищенные авторскими свидетельствами и патентами, конструкции СМП и сборных инструментов, способы и устройства определения и поддержания условий их максимальной работоспособности при резании металлов.

В первой главе приведен литературный и патентный анализы по теме диссертации, сформулированы цели и задачи исследования.

Во второй главе разработаны математические модели напряженно-деформированного состояния, прочности и работоспособности СМП из твердых сплавов с учетом напряжений I и II рода на стадии проектирования и эксплуатации на основе теоретических исследований взаимосвязи изменений механических характеристик ИТС от температуры с работоспособностью инструментов при резании металлов. Выявлено, что из большого количества механических характеристик инструментальных твердых сплавов только две отражают температуру их максимальной работоспособности, которую можно определять по точке перелома на графике зависимости логарифма твердости по Виккерсу lgHV от температуры или по второй точке перелома на графике зависимости ударной вязкости KCV от температуры.

Разработана физическая модель возникновения внутренних напряжений в ИТС группы ВК (напряжений II рода), как материале-композите, на основании которой разработана теория расчета внутренних напряжений в ИТС при резании металлов. Разработаны физическая и математическая модели разрушения режущих элементов из твердых сплавов, как структурно неоднородных материалов, на основе теорий микроразрушения американского ученого Авербаха и макроразрушения Писаренко-Лебедева. На основании анализа геометрической интерпретации принятого критерия прочности Писаренко-Лебедева выдвинута и доказана гипотеза о границах поверхностей предельных напряженных состояний и соответственно поверхностей разрушения СМП из твердых сплавов. Разработана теория механики разрушения режущих пластин из ИТС в зависимости от условий резания.

В третьей главе показаны авторские методы и установки для экспериментального исследования напряженно-деформированного состояния СМП из ИТС сборных инструментов на основе лазерной интерферометрии, математическая модель расчета составляющих напряжений численным методом по суммам главных напряжений с точностью, допустимой для инженерных расчетов. Разработаны с применением лазерной интерферометрии метод и устройство, позволяющие с высокой точностью определять модуль упругости Е и коэффициент Пуассона ц инструментальных твердых сплавов, которые запатентованы.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния СМП сборных инструментов методом лазерной интерферометрии в реальных условиях резания. Впервые экспериментально получена полная картина распределения напряжений в разных по форме СМП, при разных схемах их крепления и нагружения, позволившая определить опасные зоны: на главной режущей кромке - напряжения растяжения ел, а на вспомогательной - напряжения сжатия сг2, рациональные схемы крепления и нагружения пластин. Выявлено влияние конструктивных и геометрических параметров СМП, схем базирования, крепления и нагружения на их НДС в плоскости пластины и плоскости схода стружки, и прочность СМП в целом. В режущем клине инструмента из твердого сплава имеются две опасные зоны с напряжениями растяжения сгь режущая кромка и точка на передней грани, удаленная от режущей кромки на расстояние, которое зависит от отношения сил Pz/Py. В этих точках имеют место напряжения растяжения Предложен безразмерный параметр - коэффициент НДС, с помощью которого можно оценивать изменение напряжений в зависимости от формы СМП, геометрии режущего инструмента, режимов резания и прогнозировать ее прочность. Экспериментально подтверждена гипотеза о том, что одной из основных причин развития трещин и усталостного хрупкого разрушения режущей части инструмента в зоне контакта и за ее пределами является циклический характер ее нагружения при разных видах стружкообразования. Выведены уравнения нормальных и касательных контактных напряжений по передней и задней поверхностям. Сформулированы пути управления напряженно-деформированным состоянием СМП, использованные в дальнейшем для формирования основных положений методологии расчета, проектирования и эксплуатации СМП с целью повышения их работоспособности.

В пятой главе по разработанной методике на основе метода конечных элементов с использованием программных пакетов DAST и Cosmos получены результаты расчетов напряженно-деформированного состояния СМП, которые представлены в виде картин перемещений и изолиний главных напряжений aj, <72 в плоскости пластины и оь 03 в плоскости схода стружки, а также построенных эпюр распределения главных напряжений. По этим эпюрам проведен качественный и количественный анализ влияния на напряженно-деформированное состояние СМП различных конструктивных и геометрических параметров пластин, схем базирования, крепления и нагружения. Результаты численных расчетов НДС СМП методом конечных элементов показали хорошую корреляцию с результатами, полученными экспериментально, а также расширили возможности познания путем решения новых задач: исследования влияния упрочняющей фаски и формы передней поверхности, а также наличия фаски износа по задней поверхности на перераспределение напряжений, что доказывает достоверность результатов работы, полученных как экспериментально, так и численным методом, и свидетельствует о создании методики расчета НДС СМП на основе метода конечных элементов. На основании полученных результатов пластины всех форм проранжированы в ряд по прочности, разработаны пластины повышенной прочности с криволинейными режущими кромками, на которые получен патент на изобретение РФ.

В шестой главе приведены результаты экспериментальных исследований изменений механических характеристик инструментальных твердых сплавов группы ВК, ударной вязкости и логарифма твердости по Виккерсу, от температуры резания. На их основе разработан ряд запатентованных способов определения температур максимальной трещиностойкости, работоспособности и методики поддержания требуемой температуры, с применением метода естественной термопары, для обеспечения условий максимальной работоспособности режущих инструментов, не проводя трудоемких стойкостных испытаний. Изложена методика повышения работоспособности режущих пластин из ИТС путем их предварительного подогрева до температуры максимальной трещиностойкости до начала процесса резания. Приведена разработанная методика многофакторной оптимизации режимов резания при обработке деталей из труднообрабатываемых материалов на станках с ЧПУ.

В седьмой главе изложена научно обоснованная методология расчета НДС, прочности СМП из ИТС и определения условий эксплуатации режущих пластин, обеспечивающих пути управления напряженно-деформированным состоянием и прочностью пластин с целью повышения работоспособности сборных инструментов. Сформулированы основные требования как к выбору и расчету стандартных СМП, так и к разработке новых конструкций режущих пластин и сборных инструментов, обеспечивающих повышение их работоспособности. Приведены разработанные режущие пластины повышенной прочности и конструкции резцов и фрез с ними. Показаны новые конструкции сборных инструментов со стандартными СМП, защищенные авторскими свидетельствами и патентами.

Автор выражает благодарность научному консультанту, докт. техн. наук, профессору Утешеву М.Х. за помощь в формировании научных взглядов и многолетнее сотрудничество, коллективу кафедры «Станки и инструменты» за предоставленную возможность выполнения этой работы и поддержку в течение 30 лет.

7.6. Выводы

1. На основании результатов теоретических, численных и экспериментальных исследований разработана методология расчета на прочность СМП сборных инструментов с учетом напряжений I и II рода, цикличности нагружения, состояния ИТС и определения условий рационального резания по температуре максимальной работоспособности ©мр. ИТС, определяемой по зависимостям логарифма твердости или ударной вязкости твердого сплава от температуры.

2. Разработана методика выбора схем базирования и крепления СМП в корпусе инструмента, которая позволяет при выполнении сформулированных требований снизить опасные напряжения растяжения в пластинах до 80-ь90% и повысить жесткость их крепления до 2 раз.

3. Разработана методика силового расчета крепления СМП в корпусе инструмента, включающая расчетные схемы, уравнения сил, обеспечивающая усилие закрепления требуемой величины, исключающей самораскрепление пластин в инструменте при резании металлов.

4. Разработаны новые пластины повышенной прочности с криволинейными режущими кромками с радиусом равным или меньшим длины грани (R < L), обеспечивающими снижение опасных напряжений растяжения до 5 раз, а также конструкции сборных резцов и торцовых фрез с этими пластинами (Пат. РФ №2201316).

5. Проведено ранжирование сменных неперетачиваемых пластин по влиянию формы на их прочность, на основании которого установлено, что прочность пластин, стандартных и разработанных, растет с увеличением угла е при вершине. Пластины были расставлены в ряд в направлении увеличения угла е и соответственно повышения прочности, в котором разработанные пластины с криволинейной режущей кромкой заняли своё место.

6. Производственные испытания и внедрение разработанных сборных резцов с новыми пластинами повышенной прочности показали увеличение количества обрабатываемых деталей одной режущей кромкой, до поворота пластины, примерно в 3 раза.

7. Разработаны новые конструкции сборных инструментов повышенной работоспособности, в которых реализованы схемы базирования и крепления СМП и основные требования к проектируемым инструментам в соответствии с разработанной методикой, обеспечивающие снижение опасных напряжений растяжения до 80-ь90%, защищенные авторскими свидетельствами и патентами на изобретение: резцы токарные проходные, торцовые фрезы, зенкер, цилиндрические фрезы с цельным и наборным корпусами, протяжка для наружного протягивания (А.С.№ 778940; А.С.№ 948546; А.С.№ 1143526).

Исследования, проведенные в настоящей работе, направлены на повышение прочности сменных многогранных пластин (СМП) из инструментальных твердых сплавов (ИТС) и работоспособности сборных инструментов путем управления напряженно-деформированным состоянием (НДС) и прочностью пластин на основе результатов экспериментальных, с применением разработанного метода лазерной интерферометрии, и численных, методом конечных элементов, исследований НДС и прочности СМП, и установленных зависимостей изменений механических характеристик ИТС от температуры резания.

В работе была сформулирована, а затем доказана научная концепция о том, что факторами, определяющими напряженно-деформированное состояние, прочность СМП из ИТС и соответственно работоспособность сборных инструментов, являются:

1) напряжения I рода, определяемые конструктивными и геометрическими параметрами, внешними силовым и температурным нагружением пластин;

2) напряжения II рода, определяемые физико-механическими характеристиками ИТС, как материалов-композитов, и температурой резания;

3) температура максимальной работоспособности, которую имеет каждый ИТС;

4) изменение механических характеристик и состояния ИТС в зависимости от температурно-силового воздействия на режущие пластины;

5) цикличность нагружения пластин при резании и соответствующее изменение их НДС и прочности.

В заключении сформулированы основные выводы и результаты работы: 1. Впервые разработаны модельные решения напряженно-деформированного состояния СМП из инструментальных твердых сплавов, механики их разрушения, прочности и работоспособности, которые включают:

- модель температурных микронапряжений (напряжений II рода), которые возникают в твердом сплаве, как в материале-композите, ввиду разности коэффициентов линейного расширения составляющих элементов WC и Со и оказывают существенное влияние на работоспособность инструментов в температурном диапазоне 20ч-500°С;

- модель общего напряженного состояния с учетом напряжений I и II рода, по которой в каждой расчетной точке сменной пластины общее напряженное состояние определяется как алгебраическая сумма напряжений I и II рода;

- модели прочности и механики разрушения твердых сплавов с учетом их состояния во всем температурном диапазоне резания металлов: хрупкое разрушение, хрупко-пластическое, пластическое, критическая текучесть кобальтовой связки;

- модели температур максимальной работоспособности и трещиностойкости, определяемых по ударной вязкости 0M.p=f(KCV) или логарифму твердости по Виккерсу 0M.p=f(lgHV) твердого сплава;

- модель инструментального коэффициента Ки твердосплавной пластины, определяемого по инструментальному коэффициенту базового ИТС и коэффициентам интенсивности напряжений обоих инструментальных материалов;

2. Создан новый экспериментально-теоретический метод определения напряжений, деформаций и температурных полей в режущих пластинах из ИТС при реальных условиях резания на основе лазерной интерферометрии, включающий способ и устройство измерения деформаций (А.С. № 1173179, Пат. РФ № 2086914), математическую модель расчета составляющих напряжений стх, сгу, тху по суммам главных напряжений (ai+c^X способ и устройство определения модуля упругости Е и коэффициента Пуассона ц ИТС (Пат. РФ № 1744445, № 2023252).

3. Впервые экспериментально, методом лазерной интерферометрии, и расчетным путем, с применением метода конечных элементов, установлены опасные зоны СМП, закономерности распределения напряжений и температур в пластинах из ИТС для различных конструктивных параметров, схем базирования, крепления, условий силового и температурного нагружения, позволяющие управлять напряженно-деформированным состоянием и прочностью пластин, как на стадии проектирования инструмента, так и его эксплуатации.

4. Впервые экспериментально, с применением разработанного метода лазерной интерферометрии, установлен циклический характер напряженно-деформированного состояния режущий части инструмента , обусловленный периодическими сдвигами элементов обрабатываемого материала в плоскости сдвига, при разных видах стружкообразования, вскрывающий одну из причин развития трещин и усталостного хрупкого разрушения режущих пластин из ИТС.

5. Установлена взаимосвязь изменений механических характеристик ИТС СМП при температурно-силовом воздействии с работоспособностью сборных инструментов, выражающаяся в следующем:

- по зависимости ударной вязкости ИТС от температуры определяется состояние твердого сплава в температурном диапазоне резания металлов: I - упругое, II - упругопластическое, III - пластическое, IV - текучести кобальтовой связки, а по точкам перегиба этой зависимости - температуры перехода сплава из одного состояния в другое, определяющее соответствующий характер разрушения режущих пластин;

- температура, при которой твердый сплав переходит из упругого в упругопластическое состояние, а на графике ударной вязкости твердого сплава

KCV=f(0°) имеет место точка первого перегиба, соответствует температуре максимальной трещиностойкости режущей пластины из данного ИТС;

- температура, при которой твердый сплав переходит из упругопластического в пластическое состояние, а на графиках ударной вязкости твердого сплава KCV=f(0°) имеет место точка второго перегиба или логарифма твердости по Виккерсу lgHV=f(0) твердого сплава имеет место точка перегиба, соответствует температуре максимальной работоспособности режущей пластины из данного ИТС;

- температура, при которой твердый сплав группы ВК при т.с.в. переходит из пластического состояния в состояние текучести, а на графике зависимости ударной вязкости имеет место, точка третьего перегиба соответствует температуре текучести кобальтовой связки, при которой режущий клин инструмента теряет формоустойчивость.

6. На основании установленных характерных температур инструментальных твердых сплавов для практического использования разработаны:

- экспресс-методы определения оптимальной скорости резания по температуре максимальной работоспособности ИТС, без проведения стойкостных испытаний (Пат. РФ №2173611; положит, реш. о выдаче Пат. РФ по заяв. № 2001135677; А.С. № 1157601; А.С. №901844);

- номограмма для определения температур максимальной работоспособности, трещиностойкости и инструментального коэффициента Ки режущих твердосплавных пластин, построенная на основании зависимостей механических характеристик твердых сплавов (ударной вязкости и логарифма твердости) от температуры;

- способ и устройство повышения работоспособности инструмента путем предварительного нагрева режущей пластины до температуры максимальной трещиностойкости ИТС, при которой снимаются температурные микронапряжения (Пат. РФ № 2207936);

- руководящие технические материалы режимов резания при обработке деталей из жаропрочных материалов, обеспечивающих максимальную работоспособность режущих элементов из ИТС.

6. Разработана научно-обоснованная методология расчета, проектирования и эксплуатации СМП из ИТС и сборных инструментов на основе прочностного подхода, позволяющая на стадии проектирования определять оптимальные конструктивные решения СМП и сборных инструментов, а на стадии эксплуатации - условия резания, обеспечивающие максимальную работоспособность инструментов.

7. Разработаны режущие пластины повышенной прочности с криволинейной режущей кромкой (Пат. РФ №2201316) и сборные инструменты: резцы, зенкеры, торцовые и цилиндрические фрезы, протяжки для обработки наружных поверхностей, которые имеют схемы базирования и крепления пластин, обеспечивающие снижение опасных напряжений растяжения в пластинах до 80% и повышение жесткости системы крепления до 2 раз (А.С. №№ 778940, 948546, 1500438, 1143526).

8. Новые технические и технологические решения, разработанные на основе проведенных в работе научных исследований, защищены 13 авторскими свидетельствами и патентами, внедрены на 9 предприятиях, в том числе в организациях оборонной промышленности: п/я М-5647 г. Москва; п/я Г-4184, г. Москва, Центр; Дебальцевском заводе по ремонту металлургического оборудования, Донецкая обл.; Тартуском опытном заводе пластмассовых изделий, г. Тарту; ОАО «Тюменские моторостроители», ОАО «Сибнефтемаш», ОАО «Станкостроительный завод», г. Тюмень; ОАО «Ишимский машиностроительный завод», Тюменская обл.

Основные положения диссертационной работы были доложены на трех международных, пяти всесоюзных, шести всероссийских, восьми зональных научно-технических конференциях в 1970-2003 гг. в Москве, Санкт-Петербурге, Волгограде, Киеве, Краматорске, Екатеринбурге, Челябинске, Львове, Днепропетровске, Иркутске, Красноярске, Новосибирске, Омске, Кургане, Кемерово, Томске, Тюмени.

Под руководством автора и с использованием отдельных положений его концепции подготовлены и защищены 3 кандидатские диссертации. Установка для исследования деформаций и напряжений в режущем инструменте при резании, разработанная с участием автора, экспонировалась на ВДНХ и была удостоена бронзовой медали. За внедрение изобретений в производство автор награжден знаком «Изобретатель СССР».

В полном объеме диссертация заслушана и одобрена на объединенных научных семинарах кафедр «Станки и инструменты», «Технология машиностроения», «Материаловедение и технологии конструкционных материалов» Тюменского государственного нефтегазового университета, «Технология машиностроения, резание и инструмент» и «Автоматизация и роботизация в машиностроении» Томского политехнического университета и «Оборудование и инструмент компьютеризированного производства» Южно-Уральского государственного университета.

По материалам диссертации опубликовано 103 печатных работы. В том числе 4 монографии, 13 авторских свидетельств и патентов на изобретения РФ.

За период с 1970 г. по настоящее время поступили запросы на результаты исследований и техническую документацию разработанных инструментов более чем с 30 машиностроительных предприятий, в том числе г. Москвы, г. Ленинграда, г. Куйбышева, г. Тулы, г. Ульяновска, г. Кургана, г. Перми, г. Саратова, г. Волгограда, г. Ишима, г. Тюмени и др.

1. А. с. 778940 СССР, МКИ 023 В 27/16. Сборный резец /Е.В.Артамонов, Н.И.Смолин, Ю.И.Некрасов (СССР). - №2692663/25-08; Заявл. 06.12.78; Опубл. 15.11.80, Бюл. № 42.

2. А. с. 948546 СССР, МКИ 023 В 27/16. Сборный резец /Е.В. Артамонов, Ю.И. Некрасов, Н.И. Смолин (СССР). №3250286/25-08; Заявл. 25.02.81; Опубл. 07.08.82, Бюл. №29.

3. А. с. 901844 СССР, МКИ 001 К 7/02. Устройство для измерения температуры / Ю.И. Некрасов, Е.В. Артамонов, И.А. Ефимович, B.C. Воронов (СССР). -№ 2884590/18-10; Заявл. 19.02.80; Опубл. 30.01.82, Бюл. № 4.

4. А. с. 1143526 СССР, МКИ В23С 5/06. Режущий инструмент / И.А. Ефимович, Е.В. Артамонов, Ю.И. Некрасов (СССР). № 3629284/25-08; Заявл. 05.08.83; Опубл. 07.03.85, Бюл. № 9.

5. А. с. 1157601 СССР, МКИ НО 1 КЗ 5/00. Устройство для электрической связи между неподвижным и вращающимся объектами / Ю.И. Некрасов, Е.В. Артамонов, И.А. Ефимович (СССР). №3573114/24-07; Заявл. 04.04.83; Опубл. 23.05.85, Бюл. №19.

6. А. с. 1173179 СССР, МКИ 001В 11/16. Способ исследования деформации материалов в процессе снятия стружки резанием / Е.В. Артамонов, Ю.И. Некрасов, И.А. Ефимович (СССР). № 3588086/25-08; Заявл. 08.02.83; Опубл. 15.08.85, Бюл. №30.

7. Аваков А.А. Физические основы теорий стойкости режущих инструментов. М.: Машгиз, 1960.

8. Автоматизированное проектирование режущего инструмента / Гречишников В.А., Кирсанов Г.Н. и др. -М.: Мосстанкин, 1984. 107 с.

9. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976. — 279с.

10. Ю.Александров А.Я., Ахметзянов М.Х. Поляризационно-оптические методы механики деформируемого тела. М.: Наука, 1973. - 576 с.

11. П.Абуладзе Н.Г. Характер и длина пластического контакта стружки с передней поверхностью инструмента // Сб. «Обрабатываемость жаропрочных и титановых сплавов» (Тр. Всесоюзной межвузовской конференции): -Куйбышев: Куйб. кн. изд-во, 1962.-С.68-87.

12. Андреев Г.С. Контактные напряжения при периодическом резании // Вестник машиностроения. — 1969. № 8. — С.63-66.

13. З.Андреев Г.С. Работоспособность режущего инструмента при прерывистом резании // Вестник машиностроения. 1973. -№ 5. - С.72-75.

14. Андреев Г.С. Тепловые явления в режущей части инструмента при прерывистом резании // Вестник машиностроения. 1973. -№ 9. - С.69.

15. Андреев Г.С. Методика и средства определения температуры контактных поверхностей инструмента при периодическом резании // Станки и инструмент. 1974. - № 11. — С.34-36.

16. Андреев В.Н. Совершенствование режущего инструмента. М., Машиностроение, 1993. - 240 с.

17. Артамонов Е.В., Утешев М.Х. О возможности расчета напряженного состояния режущей части инструмента по данным, полученным методом голографической интерферометрии// Сборник «Совершенствование процессов резания металла», Свердловск: НТО Машпром, 1972.

18. Артамонов Е.В. Твердосплавные фрезы// Машиностроитель. 1977. — № 14. -С. 27.

19. Артамонов Е.В. — руководитель, Ефимович И.А. отв.исп. Разработка РТМ по обработке деталей из труднообрабатываемых материалов на станках с ЧПУ, ч. 1// Отчет по хоздоговору 1-81 с Тюменским моторным заводом -Тюмень, 1981.

20. Артамонов Е.В. — руководитель, Ефимович И.А. — отв. исп. Разработка РТМ по обработке деталей из труднообрабатываемых материалов на станках с

21. ЧПУ, ч. 2// Отчет по хоздоговору 1-81 с Тюменским моторным заводом -Тюмень. 1982.

22. Артамонов Е.В., Смолин Н.И. Методика расчетов оптимальных схем базирования и закрепления многогранных пластин на основе исследования их напряженно-деформированного состояния// Информац. листок. Тюмень: ЦНТИ, 1982. - № 70-82. - 4 с.

23. Артамонов Е.В., Смолин Н.И. Расчет оптимального положения многогранных неперетачиваемых твердосплавных пластин в корпусе режущего инструмента// Информ. Листок № 59-82, Тюменский ЦНТИ, 1982 2с.

24. Артамонов Е.В. руководитель, Герасимов В.В. - отв.исп. Разработка руководящих технических материалов по обработке деталей из труднообрабатываемых материалов на станках с ЧПУ, ч. 3// Отчет по хоздоговору 1-81 с Тюменским моторным заводом - Тюмень, 1983.

25. Артамонов Е.В., Помигалова Т.Е. Сменные неперетачиваемые пластины повышенной прочности// Сборник материалов Всероссийской научно-технической конференции «Наука, техника и технология нового века», -Нальчик: Каб.- Балк. ун-т., 2003. С. 196-198.

26. Артамонов Е.В., Некрасов Ю.И., Смолин Н.И. Сборный инструмент // Машиностроитель. 1984. — № 5. — С. 32.

27. Артамонов Е.В. руководитель, Ефимович И.А. - отв. исп. Разработка РТМ по обработке деталей из труднообрабатываемых материалов на станках с ЧПУ. Часть III. / Тюменский индустриальный ин-т ТюмИИ; № ГР 81067536; Инв.№ 0284.0011241.-Тюмень, 1984.-83 с.

28. Артамонов Е.В. — руководитель, Ефимович И.А. отв.исп. РТМ для обработки из труднообрабатываемых материалов на станках с ЧПУ, ч. 2// Отчет по хоздоговору № 21-84 - Тюмень, 1985.

29. Артамонов Е.В., Смолин Н.И. Сборная торцевая фреза// Информ. Листок №31-86 Тюмень: ЦНТИ, 1986.

30. Артамонов Е.В. руководитель, Ефимович И.А. - отв. исп. Разработка РТМ для обработки деталей из труднообрабатываемых материалов на станках с ЧПУ / Тюменский индустриальный ин-т ТюмИИ; № ГР 0184.0058143; Инв. № 0286.0020010.-Тюмень, 1986.-89 с.

31. Артамонов Е.В., Ефимович И.А. Комплексная система определения оптимальных режимов обработки // Автоматизация технологического проектирования: Сб. трудов Всесоюзн. научн.-техн. конф. Пенза, 1987 - С.3-4.

32. Артамонов Е.В., Смолин Н.И. Проектирование сборных инструментов с многогранными неперетачиваемыми пластинами / Тюм. инд. ин-m. — Тюмень, 1989. 128 с. -Деп. в ВИНИТИ 1989, Б. У. Ns 11.

33. Артамонов Е.В., Ефимович И.А. Оптимизация процессов обработки резанием деталей из труднообрабатываемых материалов на токарных станках с ЧПУ: Учебное пособие. Тюмень: ТюмИИ, 1994. - 83 с.

34. Артамонов Е.В., Смолин Н.И. Сборный режущий инструмент со сменными многогранными пластинами: Учебное пособие. — Тюмень, 1994. — 109 с.

35. Артамонов Е.В., Ковенский И.М., Некрасов Ю.И., Поветкин В.В. Лазерная и голографнческая интерферометрия в машиностроении: Учебное пособие. Тюмень: ТюмИИ, 1995. -173 с.

36. Артамонов Е.В., Утешев М.Х., Помигалова Т.Е., Методология расчёта и проектирования сборных инструментов с СМП повышенной работоспособности // Ж. Инструмент Сибири. 1999. - №3. - С. 15.

37. Артамонов Е.В., Костив В.М., Помигалова Т.Е. Повышение работоспособности твердосплавных СМП сборных инструментов // Новые материалы и технологии в машиностроении: Материалы международ, научн.-техн. конф. Тюмень: ТГНГУ, 2000. - С. 43-44.

38. Артамонов Е.В., Ефимович И.А., Смолин Н.И., Утешев М.Х. Напряженно-деформированное состояние и прочность режущих элементов инструментов. — М.: Недра, 2001.-199 с.

39. Артамонов Е.В. Определение температуры максимальной работоспособности режущих пластин из твердых сплавов // Современные проблемы в машиностроении: Материалы 1-й Международной научно-практической конференции. Томск: ТПУ, 2002. - С. 134-135.

40. Артамонов Е.В., Ефимович И.А. Исследование динамики напряженно-деформированного состояния режущей части инструмента с применением лазерной интерферометрии // Юбилейный сборник: Материалы международной конференции. Киев: КИСМ, 2002.- С. 337-344.

41. Артамонов Е.В., Помигалова Т.Е. Влияние формы сменных многогранных пластин на их напряженно-деформированное состояние // Современные проблемы в машиностроении: Материалы 1-й Международной научно-практической конференции. Томск: ТПУ, 2002. - С. 131-133.

42. Артамонов Е.В., Помигалова Т.Е., Утешев М.Х. Исследование напряжений, деформаций и прочности сменных режущих пластин методом конечных элементов. — Тюмень: ТюмГНГУ, 2002. — 147 с.

43. Артамонов Е.В. Повышение эффективности обработки деталей газоперекачивающих агрегатов // Известия вузов «Нефть и газ». Тюмень, 2003. -№6.-С. 40-46.

44. Артамонов Е.В. Прочность и работоспособность сменных твердосплавных пластин сборных режущих инструментов. — Тюмень: ТюмГНГУ, 2003. -192 с.

45. Безухов Н.И. Основы теории упругости, пластичности и ползучести. — М: «Высшая школа», 1967. 512 с.

46. Безъязычный В.Ф., Кожина Т.Д., Константинов А.В. и др. Оптимизация технологических условий механической обработки деталей авиационных двигателей. М.: Изд-во МАИ, 1993. - 184 с.

47. Бердников JI.H. Влияние температурного перепада на хрупкое разрушение зубьев твердосплавных фрез // Станки и инструмент 1982 - № 5.- С.23-24.

48. Бетанели А.И. Хрупкая прочность режущей части инструмента. -Тбилиси: Грузинский политехнический ин-т, 1969. 319 с.

49. Бетанели А.И. Прочность и надежность режущего инструмента. -Тбилиси: Сабчота сакартвело, 1973. 304 е.: ил.

50. Бобров В.Ф. О распределении удельных нормальных сил и сил трения на передней поверхности инструмента // Сб. "Обработка металлов Резанием и давлением" — М.: Машиностроение, 1965.

51. Бобров В.Ф. Определение напряжений в режущей части металлорежущих инструментов // Высокопроизводительное резание в машиностроении. — М.: Наука, 1966. — С.228-233.

52. Бобров. В.Д. Основы теории резания металлов. — М.: Машиностроение, 1975.-344с.

53. Бобров В.Ф., Седельников А.И. Особенности образования суставчатой и элементной стружки при высокой скорости резания // Вестник машиностроения. 1976. -№ 7. -С.61-66.

54. Бобров В.Ф., Спиридонов Э.С. Оптимизация режима при точении // Станки и инструмент. 1980. - № 10. - С.22-23.

55. Вадачкория М.П. Хрупкая прочность режущей части инструмента при непрерывном резании: Автореф. канд. техн. наук. Тбилиси, 1978. - 21с.

56. Вазов В., Форсайт Д. Разностные методы решения дифференциальных уравнений в частных производных. М.: Наука, 1984. - 280 с.

57. Васильев С.В. ЭДС и температура резания // Станки и инструмент. — 1980. -№ 10. -С.20-22.

58. Васильев С.В, Измерение ЭДС резания // Станки и инструмент. 1983. — № 6. - С.23.

59. Васин С.А., Верещака А.С., Кушнер B.C. Резание материалов: Термомеханический подход к системе взаимосвязей при резании: Учеб. для техн. вузов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. - 448 с.

60. Верещака А.С., Третьяков И.П. Режущие инструменты с износостойким покрытием. — М.: Машиностроение, 1986. 192с.

61. Верещака А.С. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями -М.:, Машиностроение, 1993.

62. Виноградов А.А. Определение оптимальной скорости резания по коэффициенту усадки стружки // Станки и инструмент. 1991. - № 7. - С.32-33.

63. Выбор токарного инструмента и режимов резания // SANDVIK Coromant. Printed in Sweden, 1978.

64. Галлагер P. Метод конечных элементов. Основы. М.: Мир, 1984. - 428 с.

65. Гениатулин A.M. Исследование сборных режущих инструментов методом голографической интерферометрии // Станки и инструмент. 1987. - № 4. -С.24-26.

66. Гжиров Р.И., Серебреницкий П.П. Программирование обработки на станках с ЧПУ: Справочник. — JL: Машиностроение, 1990. 588 с.

67. Горбачева Т.Б., Малютина Т.В., Чапорова Н.Н.-В кн.: Проблемы порошковой металургии — JL: Наука, 1982.— С. 129-131.

68. Горбачева Т.Б. Рентгенография твердых сплавов. —М.: Металлургия, 1985.

69. Гордон М.Б. Распределение сил трения на передней грани резца в зоне контакта со стружкой // Вестник машиностроения. 1953. - № 5. - С.30-31.

70. Гордон М.Б. Распределение контактных напряжений и коэффициента трения на передней поверхности резца // Известия вузов Машиностроение. -1966.-№9.-С. 126-131.

71. Грановский Г.И. О стойкости инструмента как исходном параметре для расчета режимов резания // Вестник машиностроения. — 1965. — № 8. С.59-64.

72. Грановский Г.И., Грановский В.Г., Резание металлов: учебник для машиностр и приборостр. спец. вузов. — М.:Высшая школа, 1985. 304 е.: ил.

73. Гречишников В.А. Системы проектирования режущих инструментов. -М.: ВНИИТЭМР. Сер. 9, 1987. вып. 2. - 52 с.

74. Гуревич Д.М. Адгезионно-усталостное изнашивание твердосплавного режущего инструмента // Вестник машиностроения. — 1986. № 5. - С. 43-45.

75. Дворов Ю.И. Способы крепления многогранных неперетачиваемых твердосплавных пластинок в современных конструкциях режущего инструмента // Металлорежущий и контрольно-измерительный инструмент. -1970.-№8/44/.-С. 9-14.

76. Драгун А.П. Режущий инструмент. — JI. Лениздат. 1986. 270с.

77. Дьяков А.Г., Ясинский Г.И. Прогрессивный режущий инструмент в машиностроении. Л.: Машиностроение, 1972. - 244 с.

78. Ефимович И.А., Артамонов Е.В., Некрасов Ю.И. Сборная торцовая фреза // Машиностроитель. 1985. - № 1. - С. 35.

79. Ефимович И. А., Артамонов Е.В. Автоматизированный расчет напряжений в клиновидном теле с использованием персонального компьютера// тез. докл. III научно-технического семинара по проблемам машиностроения. -Тюмень, 1992.-С. 7.

80. Ефимович И.А. Пакет программ SAPRORR. для расчета оптимальных режимов резания // Нефть и газ Западной Сибири. Проблемы добычи и транспортировки: Сб. трудов Международ, научн.-техн. конф. Тюмень, 1993. - С.95-96.

81. Ефимович И.А. Повышение эксплуатационной эффективности инструмента на основе исследования напряженно-деформированного состоянияи прочности его режущей части при различных видах стружкообразования: Дисс. . канд. техн. наук. Томск. - 1999. - 198 с.

82. Жуков Ю.Н. Механизм и схема стружкообразования при несвободном резании материала // Известия вузов Машиностроение.- 1985 - № 9.- С. 138-141.

83. Юб.Зенкевич O.K. Метод конечных элементов в технике. — М.: Мир, 1975. -541 с.

84. Зорев Н.Н. Вопросы механики процесса резания металлов. М.: Машгиз, 1956.

85. Зорев Н.Н., Креймер Г.С. Высокопроизводительная обработка стали твердосплавными резцами при прерывистом резании. М.: Машгиз, 1961. — 227с.

86. Зорев Н.Н. Влияние природы износа режущего инструмента на зависимость его стойкости от скорости // Вестник машиностроения. — 1965. — № 2.-С. 68-76.

87. ПО.Зорев Н.Н., Клауч Д.Н., Батырев В.А. и д.р. О процессе износа твердосплавного инструмента // Вестник машиностроения. -1971. -№11.

88. Зорев Н.Н., Фетисова З.М., Обработка резанием тугоплавких сплавов. -М.:Машиностроение,1976.

89. Иноземцев Г.Г. Проектирование металлорежущих инструментов — М.: Машиностроение, 1984. 272 с.

90. Иноземцев Г.Г., Кальянов А.В. Влияние схем базирования на точность торцевых фрез // Исследования в области станков и инструментов. Саратов: Саратовский политехнический институт, 1974. -№71. - С. 87-94.

91. Кабалдин Ю.Г. Хрупкое разрушение режущей части инструмента // Вестник машиностроения. — 1981. —№ 7. — С. 41-42.

92. Кабалдин Ю.Г. Исследование разрушения режущей части твердосплавного инструмента при фрезеровании // Вестник машиностроения. — 1981.-№ 8.-С. 52-54.

93. Пб.Кабалдин Ю.Г., Мокрицкий Б.Я., Семашко Н.А., Тараев С.П. Современные методы конструирования, контроля качества и прогнозирования работоспособности режущего инструмента. — Владивосток: Дальневосточный университет, 1990. 122 с.

94. Кабалдин Ю.Г. Трение и износ инструмента при резании // Вестник машиностроения. 1995. - Вып. №1. — С.26-31.

95. Кабалдин Ю.Г., Шпилев A.M., Просолович А.А. Синергетический анализ причин возмущения вибраций при резании // Вестник машиностроения. — 1997. -№10.-С. 21-29.

96. Каширин А.И. К вопросу прочности режущей части инструмента при резании труднообрабатываемых сталей // Трение и износ при резании металлов. -М.: Машгиз, 1955. С.5-13.

97. Кибальченко А.В., Жигарев Г.А. Кинетика износа инструмента в условиях нестационарного резания // Известия вузов Машиностроение. -1986. -№1.-С.117-119.

98. Кирсанов С.В. Повышение производительности и точности обработки отверстий мерными инструментами: Автореф. докт. техн. наук. Москва, 2000. - 43 с.

99. Киффер Р. Березовский., Твердые сплавы. М.: Металлургия, 1971.

100. Клочко Н.А. Метод анализа распределения деформаций и напряжений между фазами при деформировании сплавов WC-Co. // Твердые сплавы. 1970. -№10.-С. 44-54.

101. Клушин М.И. Расчет режущей части инструментов на прочность. // Станки и инструмент.- 1958-№2.

102. Клушин М.И., Аносов Г.В. Определение стойкости режущих инструментов, обеспечивающих получение максимально возможной прибыли и производительности общественного труда // Вестник машиностроения. -1970. -№6. С.76-78.

103. Костив В.М. Влияние механических характеристик инструментальных твердых сплавов на работоспособность металлорежущих инструментов: Дисс. . канд. техн. наук. Тюмень, 2002. - 119 с.

104. Креймер Г.С. Прочность твёрдых сплавов. М.Металлургия, 1966. - 200 с.

105. Креймер Г.С., Сафонова О.С., Баранов А.И. ЖТФ, 1955, т. XXV, вып. I, 117 с.

106. Куклин Л.Г. Сагалов В.И., Серебровский В.Б., Шабашов С.П. Повышение прочности и износостойкости твердосплавного инструмента. М.: Машиностроение, 1968. - 140с.

107. Куфарев Г.Л., Океанов К.Б., Говорухин В.А., Стружкообразование и качество обработки поверхности при несвободном резании. — Фрунзе, Мектеп, 1970.-170с.

108. Кушнер B.C. Основы теории стружкообразования. Кн.1. Механика резания: Учеб. пособие. Омск: ОмГТУ, 1996. - 130 с.

109. Кушнер B.C. Основы теории стружкообразования. Кн.2. Теплофизика и термомеханика резания: Учеб. пособие. Омск: ОмГТУ, 1996. - 136 с.

110. Лебедев А.А. Расчеты на прочность при сложном напряженном состоянии. Киев: УПИ, 1968. - 68 с.

111. Лоладзе Т.Н. Износ режущего инструмента. М., ГНТИМП, 1958. -356 с.

112. Лоладзе Т.Н., Ткемиладзе Г.Н., Тотчиев Ф.Г. Исследование напряжений в режущей части инструмента при переходных процессах методом фотоупругости // Сообщ. А.Н. Грузинской ССР. 1975. -№3.

113. Лоладзе Т.Н. Прочность и износостойкость режущего инструмента. М.: Машиностроение, 1982. — 320 с.

114. Лошак М.Г. Прочность и долговечность твердых сплавов. Киев: Наукова думка, 1984 - 327 с.

115. Лукина С.В., Седов Б.Е., Гречишников В.А., Косов М.Г. Исследование напряженно-деформированного состояния зубьев круглых протяжек численным методом конечных элементов // Вестник машиностроения. 1997. — №3. - С.22-24.

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

117. Малинин Н.Н. Прикладная теория пластичности и ползучести. Учеб. для студентов вузов. -М.: Машиностроение, 1975.

118. Малкин А.Я. Исследование процесса резания металлов при обработке сталей высоких механических качеств: Дисс. . докт. техн. наук. — Москва. — 1949.

119. Малкин А.Я., Вольвачев Ю.Ф., Матвейкин В.В. Исследование статистических характеристик сборных резцов // Исследование динамики технологического оборудования и инструмента. М.: Из-во Университета Дружбы Народов, 1982. - С. 30-84.

120. Малыгин В.И., Лобанов Н.В. Модель напряженно-деформированного состояния режущего элемента сборного инструмента // Вестник машиностроения. 2000. - № 2. - С. 22-26.

121. Мелихов В.В. Контактные процессы на задней поверхности режущего инструмента // Учебное пособие. — Тюмень: ТГУ, 1989. 112 с.

122. Механика пластического деформирования в процессах резания и деформирующего протягивания / A.M. Розенберг, О.А. Розенберг; Отв. ред. П.Р. Родин; АН УССР. Ин-т сверхтвердых материалов. Киев: Наук, думка, 1990.-320 с.

123. Молочков А.В., Пацкевич В.А. Высокочастотные вибрации при точении // Станки и инструмент. 1972. - № 7. - С. 11-13.

124. Музыкант Я.А. Металлорежущий инструмент: Номенклатурный каталог. В 4-х ч. 4.1. Токарный инструмент. М.: Машиностроение, 1995. - 416 с.

125. Некрасов Ю.И., Артамонов Е.В., Смолин Н.И. Сборный резец // Машиностроитель. 1984. - № 3. - С. 29.

126. Новиков Н.В., Коноваленко Н.К., и д.р., Влияние структурных факторов на трещиностойкость сплавов WC-CO при высоких температурах. //Сверхтвердые материалы 1981. - №5. - С.20 -4-26.

127. Новые сменные пластины SANDVIK-MKTC // Твердосплавный инструмент. М., SANDVIK МКТС, 1998.

128. Патент РФ 2201316, МПК 7В 23В 27/16. Режущая пластина / Е.В. Артамонов, И.А. Ефимович, Т.Е. Помигалова (РФ). №2001105806/02; Заявл.01.03.01; Опубл. 27.03.03, Бюл. №9.

129. Патент РФ 1744445, МПК5 001В 11/16. Устройство для определения упругих постоянных малопластичных металлов и сплавов / И.А. Ефимович, Е.В. Артамонов, Д.В. Каширских (РФ). №4780782/28; Заявл.09.01.90; Опубл. 30.06.92, Бюл. № 24.

130. Патент РФ 2023252, МПК5 001М 3/00, 001В 11/16. Способ исследования деформации материала / Е.В. Артамонов, И.А. Ефимович, Д.В. Каширских (РФ). -№4789786/28; Заявл.05.12.89; Опубл. 15.11.94, Бюл. №21.

131. Патент РФ 2086914, МПК5001В 11/16. Способ исследования деформации режущего инструмента в процессе эксплуатации / И.А. Ефимович, Е.В. Артамонов (РФ). -№4790242/28; Заявл.08.02.90; Опубл. 10.08.97, Бюл. №22.

132. Патент РФ 2173611, МПК 7В 23В 1/00. Способ определения оптимальной скорости резания твердосплавными инструментами / Е.В. Артамонов, В.Н. Кусков, Т.Е. Помигалова, В.М. Костив (РФ). №99121439/02(022712); Заявл. 12.10.99; Опубл. 20.09.01; Бюл. №26

133. Патент РФ 2207936, МПК 7В 23В 1/00. Способ металлообработки твердосплавным инструментом/ Е.В. Артамонов, И.А. Ефимович, В.М. Костив, Т.Е. Помигалова (РФ). Заявл. 4.10.2001; Опубл. 10.07.03; Бюл. №19.

134. Петрушин С.И., Бобрович И.М., Корчуганова М.А., Оптимальное проектирование форм режущей части лезвийных инструментов: Учебное пособие. Томск, ТПИ, 1999.

135. Петрушин С.И., Введение в теорию несвободного резания материалов: Учебное пособие. Томск, ТПИ, 1999.

136. Петрушин С.И., Даниленко Б.Д., Ретюнский О.Ю. Оптимизация свойств материала в композиционной режущей части лезвийных инструментов: Учебное пособие. Томск, ТПИ, 1999.

137. Писаренко Г.С., Лебедев А.А. Деформирование и прочность при сложном напряженном состоянии. Киев: Наукова думка. - 1976. - 416 с.

138. Повышение эффективности металлообработки / Тюменский индустриальный ин-т ТюмИИ; Руководитель Е.В. Артамонов; № ГР 0186.0088665; Инв. № 0289.0041201.- Тюмень, 1989. 50 с.

139. Подпоркин В.Г., Бердников Л.Н. Фрезерование труднообрабатываемых материалов. — Л.: Машиностроение, 1972. — 112с.

140. Подураев Г.И. Резание труднообрабатываемых материалов. — М.: Высшая школа, 1974. 587 с.

141. Пол. реш. о выдаче патента на изобретение по заявке №2001135677 от 27.03.03. Способ определения оптимальной скорости резания твердосплавными инструментами / Артамонов Е.В., Кусков В.Н., Костив В.М., Помигалова Т.Е. (РФ). Заявл. 24.12.01.

142. Полетика М.Ф. Теория резания. Часть I. Механика процесса резания: учебное пособие. Томск: Изд. ТПУ, 2001. - 202 с. *

143. Полетика М.Ф., Утешев М.Х. Исследование процесса резания поляризационно-оптическим методом // Известия Томского политехнического института. Томск, 1964. - Вып. 114. - С. 114-118.

144. Полетика М.Ф., Мелихов В.В. Контактные нагрузки на задней поверхности инструмента // Вестник машиностроения. 1967. - № 9. - С.78-81.

145. Полетика М.Ф. Контактные нагрузки на режущих поверхностях инструмента. — М.: Машиностроение, 1969. 148 с. :ил.

146. Полетика М.Ф., Красильников В.А, Напряжения и температура на передней поверхности резца при высоких скоростях резания // Вестник машиностроения. 1973. - № 10. - С.76-80.

147. Полетика М.Ф., Утешев М.Х. К расчету режущей части инструмента на прочность. // Известия Томского ордена Трудового Красного знамени политехнического ин-та С.М. Кирова, т. 133, 1975.

148. Полетика М.Ф. Контактные условия как управляющий фактор при элементном стружкообразовании // Прогрессивные технологические процессы в машиностроении: Сборник научных трудов. Томск: Изд-во ТПУ, 1997. -С.6-13.

149. Полетика М.Ф., Козлов В.Н. Контактные нагрузки и температуры на изношенном инструменте // Прогрессивные технологические процессы в машиностроении: Сборник научных трудов. Томск: Изд-во ТПУ, 1997.-С. 18-21.

150. Прибылов Б.П. Основы расчета режущего инструмента на прочность. -М.,ВНИИ, 1966.

151. Пригоровский Н.И. Методы и средства определения полей деформаций и напряжений: Справочник. М.: Машиностроение, 1983. — 248 е.: ил.

152. Развитие науки о резании металлов / Н.Н. Зорев, Г.И. Грановский, М.Н. Ларин, Т.Н. Лоладзе, И.П. Третьяков и др. М.: Машиностроение, 1967. - 416 е.: ил.

153. Разрушение / Под ред. ГЛибовиц. Т.1.-М.: «Мир», 1973.-615 с.

154. Режимы резания труднообрабатывемых материалов: Справочник / Я.Л. Гуревич, М.В. Горохов, В.И. Захаров и др. М.: Машиностроение, 1986. - 240 с.

155. Режущий инструмент: Альбом / Под ред. В.А. Гречишникова. ч.1. — М.: Изд.-во «Станкин», 1996.

156. Резников А.Н., Резников Л.А. Тепловые процессы в технологических системах. М.: Машиностроение, 1990. - 288 е.: ил.

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

158. Розенберг Ю.А., Тахман С.И., Силы резания и методы их определения Часть I. Общие положения: Учебное пособие. Курган: КМИ, 1995.

159. Розенберг Ю.А., Тахман С.И., Силы резания и методы их определения Часть И. Общие положения: Учебное пособие. Курган: КМИ, 1995.

160. Розенберг Ю.А. Создание нормативов по определению сил резания с использованием теоретических зависимостей процесса резания // Вестник машиностроения. 2000. - № 9. - С. 35-40.

161. Руководство DAST. Das Consulting, Inc. Printed in USA, 1999.

162. Руководство по курсовому проектированию металлорежущих инструментов / Под редакцией Кирсанова Г.Н. М.: Машиностроение, 1986. — 385 с.

163. Руководство по фрезерованию // SANDVIK Coromant. Printed in Sweden, 1976.

164. Рыкунов А.Н. Аналитический метод оптимизации процессов точения с учетом износостойких покрытий // Сб. трудов «Оптимизация операций механической обработки» под ред. Силина С.С. Ярославль: ЯПИ, 1986.

165. Сахаров Г.Н., Арбузов О.Б., Боровой Ю.Л. Гречишников В.А., Киселев А.С. Металлорежущие инструменты. М.: Машиностроение, 1989. - 328 с.

166. Сегаль A.M. Прикладная теория упругости. Судпромгиз, 1961.

167. Сенюков В.А., Рымин А.В., Серов А.В. Анализ напряженного состояния режущей пластины составного инструмента // Известия вузов -Машиностроение. 1988. -№ 7. - С. 156-160.

168. Силин С.С. Метод подобия при резании металлов. М.: Машиностроение, 1979.- 152с.

169. Силин С.С., Мясищев А.А., Ковальчук С.С. Анализ процесса снятия стружки метала режущим клином // Известия вузов — Машиностроение. -1989. №2.-С.145-148.

170. Синопальников В.А., Гурин В. Д. Распределение температур в зоне режущего клина инструмента из быстрорежущей стали // Вестник машиностроения. 1977.-№ 1.-С.51 -54.

171. Скоков К.И. Многолучевые интерферометры в измерительной технике. — М.: Машиностроение, 1989. 256 с: ил.

172. Славин O.K., Трумбачев В.Ф., Тарабасов Н.Д. Методы фотомеханики в машиностроении. М.: Машиностроение, 1983. - 269 е.: ил.

173. Сменные пластины и инструмент SANDVIK-MKTC // Твердосплавный инструмент. М., SANDVIK-MKTC, 2000.

174. Смолин Н.И., Артамонов Е.В. Сборный резец с изменяемой геометрией режущей части // Информац. листок. Тюмень: ЦНТИ, 1985. - № 8-85. - 4 с.

175. Смолин Н.И., Артамонов Е.В., Некрасов Ю.И. Сборные резцы для токарных станков с ЧПУ // Информац. листок. Тюмень: ЦНТИ, 1985. - № 1-85.-4 с.

176. Смолин Н.И., Артамонов Е.В., Ширшов B.C. Сборный зенкер // Информационный листок. Тюмень: ЦНТИ, 1986. - № 97 - 86. - 4 с.

177. Смолин Н.И., Артамонов Е.В., Коркин В.В. Сборная торцовая фреза // Информац. листок. Тюмень: ЦНТИ, 1986. - № 97-86. - 4 с.

178. Смолин Н.И., Артамонов Е.В., Ширшов B.C. Сборный зенкер // Информац. листок. Тюмень: ЦНТИ, 1986. - № 97-86. - 4 с.

179. Смолин Н.И. Исследование напряженно-деформированного состояния многогранных пластин применительно к вопросам прочности сборного режущего инструмента: Дис. канд. техн. наук. Омск, 1987. - 183 с.

180. Справочник инструментальщика /Под редакцией Ординарцева И.А. -СПб.: Машиностроение, 1987. 846 с.

181. Справочник констуктора-инструменталыцика: под общ. ред. Баранникова В.И. -М.: Машиностроение, 1994. -560 е.: ил.

182. Справочник по сопротивлению материалов / Г.С. Писаренко, А.П. Яковлев, В.В. Матвеев; Отв. ред. Г.С. Писаренко. 2-е изд., перераб. и доп. -Киев: Наук, думка, 1988. - 736 с.

183. Справочник по специальным функциям с формулами, графиками и математическими таблицами / Под ред. М. Абрамовича и И.Стиган: Пер. с англ. -М.: Наука, 1979. 832 е.: ил.

184. Справочник по теории упругости. Под ред. д.т.н. П.М. Варвака. Киев: Будивельник. - 1971.

185. Старков В.К. Технологические методы повышения надежности обработки на станках с ЧПУ. М.: Машиностроение, 1984. - 120 е.: ил.

186. Старков В.К., Киселев М.В. Алгоритм оптимизации процесса резания по энергетическому критерию качества // Станки и инструмент. 1992. - № 10. -С. 18-20.

187. П.Старостин В.Г., Лелюхин В.Е. Формализация проектирования процессов обработки резанием. М.: Машиностроение, 1986. — 136 с.

188. Н.Стасов А.Н. Сборные резцы со специальными твердосплавными пластинами для станков с ЧПУ //Станки и инструменты.- 1978 №7. - С.31- 32.

189. Стренг Г., Фикс Дж. Теория метода конечных элементов. М.: Мир, 1977.-350 с.

190. Сухарев И.П. Прочность шарнирных узлов машин. М.: Машиностроение, 1977. - 165 с.

191. Талантов Н.В. Физические основы процесса резания, изнашивания и разрушения инструмента. М.: Машиностроение, 1992.

192. Ташлицкий Н.И. Методы приближенного определения скоростей точения жаропрочных сталей и сплавов // Вестник машиностроения. 1959. -№3. - С.10-12.

193. Тимошенко С.П., Гудьер Дж. Теория упругости. М.: Пер. с англ. -М.:Наука, 1975.-576 с.

194. Токарный инструмент // Металлообработка. SANDVIK Coromant. -Напечатано в Дании, 2000.

195. Третьяков И.П., Яцук Н.В. Исследование прочности режущей части пластин твердых сплавов при нормальной и повышенной температурах. // «Надежность режущего инструмента», «Техшка», 1972, — С. 131-135.

196. Третьяков В.И., Основы металловедения и технологии производства спечённых твёрдых сплавов. М.: Металлургия, 1976.

197. Третьяков В.И., Чапорова И.Н. Твердые сплавы. Сб. трудов ВНИИТС №1. Металлургиздат, 1959, - С. 191.

198. Туманов В.И. Свойства сплавов системы карбид вольфрама-кобальт. -М.: Металлургия, 1977. — 95 с.

199. Усачев П.А. Расчет напряженно-деформированного состояния режущей части инструмента сложной формы // Надежность режущего инструмента. -Киев: Вища школа, 1975. С.74-78.

200. Усачев П.А., Нощенко А.Н. Расчет температурных полей зоны резания // Станки и инструмент. — 1986. — № 2. С.23-24.

201. Утешев М.Х., Сенкжов В.А., Жданов А.А., Артамонов Е.В. Установка для определения напряжений в режущей части инструмента с применением ОКГ (лазера)// Проспект экспоната ВДНХ. Москва, 1970.

202. Утешев М.Х., Сенюков В.А., Герасимов В.В. Контактные напряжения на округленной режущей кромке и двойной передней поверхности инструмента. Сборник "Прочность и надежность режущего инструмента" Киев, 1971.

203. Утешев М.Х., Сенюков В.А. Напряженное состояние режущей части инструмента с округленной режущей кромкой // Вестник машиностроения. -1972. №2. - С.70-73.

204. Утешев М.Х., Сенюков В.А. Некоторые результаты исследования напряженного состояния режущей части инструмента при помощи лазера // Прочность режущего инструмента. М.: ВНИИ. 1969. - С. 40-46.

205. Утешев М.Х., Артамонов Е.В. Интерферометрический метод исследования напряжений в режущем инструменте с применением киносъемки// Сб. материалов Всесоюзного семинара «Прогрессивные конструкции режущего инструмента» — Киев: «Знание», 1974.

206. Утешев М.Х., Хигер М.Ш., Герасимов В.В., Артамонов Е.В. О расчете передающей системы малоинерционного трехкомпонентного токарного динамометра// «Прикладная механика». Тюмень, 1975.

207. Утешев М.Х., Некрасов Ю.И., Артамонов Е.В. Измерение в пластинах поперечных деформаций с высоким градиентом // Заводская лаборатория. — М., 1977. №7. - Том 43. - С. 889-891.

208. Утешев М.Х., Некрасов Ю.И., Артамонов Е.В. Голографическая установка для исследования напряженно-деформированного состояния режущей части инструмента // Станки и инструмент. 1978. - № 6. — С. 38-39.

209. Фадеев B.C. Хрупкое разрушение твердосплавного инструмента при фрезеровании // Станки и инструмент. 1985. - № 9. - С.23-24.

210. Федюшин И.Л., Музыкант Я.А., Мещеряков А.И. и др. Инструмент для станков с ЧПУ, многоцелевых станков и ГПС. — М.: Машиностроение, 1990. -272 с.

211. Фрохт М. Фотоупругость, т. И. Пер. с англ. — М.: Л.ГОНТИ, 1950.

212. Филлипов Г.В. Режущий инструмент Л.: Машиностроение, 1981- 393 с.

213. Хает Г.Л. Прочность режущего инструмента. М.: Машиностроение, 1975.- 166 с.

214. Хает Г.Л., Гах В.М., Громаков К.Г. и др. Сборный твердосплавный инструмент. — М.: Машиностроение, 1989. 256 с.

215. Хает Г.Л., СергеевЛ.В., Миранцов Л.М. Расчет на прочность твердосплавного резца как составного тела // Надежность режущего инструмента. — Киев: Техника, 1972. С. 106-116.

216. Хает Г.Л., Ординарцев И.А., Ивченко Т.Г. Повышение качества торцевых фрез с механическим креплением твердосплавных пластин // Станки и инструменты. 1982. - №2. - С. 20-22.

217. Чапорова И.Н., Чернявский К.С. Структура спечённых твёрдых сплавов. М.: Металлургия, 1975. -248 с.

218. ASTM, Symposium on Fracture Toughness Testing and Its Applications, STP 381, ASTM, Philadelphia, 1965. Русский перевод: «Прикладные вопросы вязкости разрушения», «Мир» -М., 1968.

219. Averbach B.L., Int. J. Fracture Mech., 1, 272 (1965).

220. Воск Н., Hoffman Н., Blumenauer Н. Mechanische Eigenschaften von Wolframkarbid Kobalt - Legierungen. - Technik, 1976, 31, N1, S. 47-51.

221. Chandrasekaran H., Nagarajan R. Incipient and transient stresses in a cutting tool using Moire method // Int. I.Mach. Tool Des. Res. 1981. - 21, №2. - P.87-99.

222. Irwin G.R., In «Structural Mechanics: Proceedings of 1st Symposium on Naval Structural Mechaniks» (J.N. Goodier, N.J. Hoff, eds.), Pergamon, New York, 1960.

223. Kattwinkel W. Untersuchungen an Sschneiden spanender Werkzeuge mit Hilfe der Spannugeoptik // Industrie Anzeiger. - 1957. №36. - S. 42 - 48.

224. Leopold., Pieerre I. Application de I'holographie a' I'e'tunge d'un autill de cope // Wear. 1980. - 62, №1. - P.21-36.

225. MITSUBISHI CARBIDE // METAL CUTTING CARBIDE TOOLS. Printed in Italy, 2000.

226. Mould and DIE SYSTEMS TECHNOLOGY // MITSUBISHI CARBIDE. Printed in Germany, 2000.

227. Primus J.F. Srecifische Beansprungen in den Kontakzonen von Drehwerkzeugen und ihr Einflus auf Spanbildung und Verschleis. Industrie-Auzeiger 92.Ig.Nr24 v.20.3.1970.

228. Simon R., Leopold I. Spannungsoptische Untersuchungen und Ddrehklemmhaltern // Fertigungstechnick und Betrieb. 1984. - 34, №9 - S.522-524.

229. Tanaka Voschinobu, Ikawa Naoga, Vasugi Kuniharu. Stress analysis in cutting edge Fundamental study of Cutting edge chipping. 1st. Report. Сеймицу Кикай, I. Jap. Soc. Precis. Eng., 1973, 39,№10,1055-1061.

230. Walter-Drehwerkzeuge. Printed in West-Germany, 1985.

231. Zorev N.N., Uteschew M.Ch., Senjukov W.A., Institut Zniitmasch, Moskau. Untersuchung der Kontaktspannungen auf den Arbeitsflachen des Werkzeugs mit einer Schneidenabrundung. Annals of the CIRP vol. 20/1 1971.