автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.07, диссертация на тему:Повышение точности обработки нежестких валов путем оптимизации параметров бреющего точения

На правах рукописи

Филиппов Андрей Владимирович

ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ ОБРАБОТКИ НЕЖЕСТКИХ ВАЛОВ ПУТЕМ ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ БРЕЮЩЕГО ТОЧЕНИЯ

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

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Томск - 2015

Работа выполнена в Юргинском технологическом институте (филиале) Федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет», г. Юрга.

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Петрушин Сергей Иванович Официальные оппоненты:

Попов Андрей Юрьевич - доктор технических наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Омский государственный технический университет», заведующий кафедрой «Металлорежущие станки и инструменты»

Янюшкин Александр Сергеевич - доктор технических наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Братский государственный университет», заведующий кафедрой «Технология машиностроения»

Ведущая организация:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет им. Т.Ф. Горбачева», г. Кемерово.

Защита состоится «17» апреля 2015 г. в 14 ч. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 003.038.02 при Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте физики прочности и материаловедения сибирского отделения Российской академии наук по адресу: 634055, г. Томск, просп. Академический, 2/4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИФПМ СО РАН по адресу: 634055, г. Томск, просп. Академический, 2/4., а также на официальном сайте института http://www.ispiTis.ru.

Автореферат разослан «<А» c^ß^j_2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

д.ф.-м.н., профессор

Данилов В.И.

россиисклч

государс гоенмля ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

БИБЛИОТЕКА !

____2015 ____ ;

Актуальность темы диссертации. Для современного машиностроительного производства основными требованиями являются обеспечение точности обработки при высокой производительности и экономичности изготовления деталей. В связи с этим продолжаются поиск и совершенствование способов обработки, отвечающих этим требованиям.

В процессе обработки нежестких деталей наибольшее влияние на точность оказывают упругие деформации технологической системы под действием силы резания, которые относятся к динамическим погрешностям. Один из путей снижения этих деформаций связан со снижением величины радиальной составляющей силы резания за счет оптимизации геометрических параметров режущей части инструмента и других условий резания.

Бреющее точение осуществляется безвершинными резцами и относится к чистовым способам механической обработки тел вращения. При этом его основными характеристиками являются высокая производительность и низкая шероховатость обработанной поверхности. В то же время данные о влиянии геометрии лезвия на упругие деформации технологической системы отсутствуют, что не позволяет прогнозировать получаемые отклонения от цилиндричности при обтачивании нежестких валов, как с консольным закреплением, так и с установкой в центрах. Кроме того, неясны закономерности образования стружки и возникающей силы резания при бреющем косоугольном точении, что препятствует расширению области эффективного применения этого сравнительно нового способа механической обработки. Поэтому повышение точности обработки нежестких валов при бреющем точении является актуальной задачей, решение которой возможно путем оптимизации параметров этого процесса.

Целью диссертационной работы является повышение точности обработки нежестких валов при бреющем точении путем оптимизации условий резания и геометрических параметров режущей части лезвия на основе исследования силовых и деформационных характеристик процесса.

В соответствии с целью диссертационной работы поставлены следующие задачи:

1. Определить зависимости параметров геометрии процесса в статической и кинематической системах координат и параметров сечения срезаемого слоя материала от угла наклона лезвия, геометрии режущего лезвия, подачи и глубины резания.

2. Исследовать зависимости усадки стружки и силы резания от глубины резания, подачи и угла наклона лезвия при бреющем точении.

3. Разработать экспериментальную установку для исследования пластической деформации в зоне резания методом корреляции цифровых изображений. Провести исследования влияния переднего угла и угла наклона режущей кромки на формирование пластической деформации в обрабатываемом материале.

4. Провести оптимизацию параметров (глубина резания, подача, геометрия лезвия) бреющего точения по критерию точности обработки нежестких валов.

5. Провести сравнительные экспериментальные исследования точности обработки проходными резцами и бреющими с оптимизированной геометрией.

Научная новизна работы

1. Установлены зависимости изменения геометрии в статической и кинематической системе координат от параметров бреющего точения, позволяющие определить рабочие диапазоны геометрии инструмента.

2. Показана возможность расчета силовых зависимостей при бреющем точении по экспериментальным данным о силе при свободном резании путем анализа параметров геометрии и сечения срезаемого слоя, на основе разработанного алгоритма.

3. Установлены оптимальные сочетания геометрии режущего лезвия и режимов резания (глубины резания и подачи), обеспечивающие минимизацию изгибающей силы при обработке нежестких валов с консольным закреплением, и при их установке в патроне с поддержкой задним центром.

4. Установлено, что отклонение от цилиндричности при обработке нежестких валов бреющими резцами с оптимизированной геометрией на 23-50% меньше, чем при обработке проходными резцами с углом в плане <р=45° и <р=90° при одинаковых режимах резания. Шероховатость поверхности, обработанной бреющими резцами, по параметру Яа будет ниже на 42-120%.

Практическая значимость работы

1. На основе полученных зависимостей для параметров геометрии и сечения срезаемого слоя могут быть найдены рабочие диапазоны, определяющие возможность применения инструмента при различных условиях обработки (глубина резания, подача, диаметр заготовки).

2. Разработана конструкция бреющего резца (заявка патент на полезную модель №2014123872 от 10.06.2014), позволяющая изменять угол наклона лезвия инструмента и использовать сменные многогранные пластины, что обеспечивает достижение требуемых параметров обработки.

3. Даны практические рекомендации по рациональным режимам бреющего точения и оптимальным геометрическим параметрам лезвия инструмента с точки зрения повышения точности формы нежестких валов.

Методы исследования. Результаты, представленные в работе, получены путем проведения теоретических исследований с использованием современного программного обеспечения и средств вычислительной техники на основе векторного исчисления, математического анализа и компьютерного моделирования. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных условиях на сертифицированном оборудовании с использованием приборов, установок и методик для определения силовых зависимостей процесса резания, характеристик деформации обрабатываемого материала, точности и шероховатости обработанной поверхности.

Личный вклад автора состоит в постановке задач диссертации, разработке экспериментального оборудования, проведении теоретических и экспериментальных исследований, обработке полученных результатов, формулировке выводов и положений, выносимых на защиту, подготовке публикаций по данной теме.

Достоверность. Основные результаты, выводы и положения, сформулированные в диссертационной работе, обоснованы и подтверждены результатами экспериментов. Достоверность и воспроизводимость опытов подтверждается их

сходимостью с аналогичными данными других авторов, производственными испытаниями и апробацией полученных результатов.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Совокупность данных о влиянии геометрии инструмента (переднего угла и угла наклона режущей кромки) на формирование пластической деформации в зоне стружкообразования, полученных с применением метода корреляции цифровых изображений.

2. Совокупность данных о влиянии параметров бреющего точения (глубины резания, подачи, угла наклона лезвия) на составляющие силы резания и результаты расчета составляющих силы резания, полученных на основе исследования и анализа параметров геометрии инструмента и сечения срезаемого слоя.

3. Результаты оптимизации геометрических параметров лезвия бреющего резца и режимов резания, обеспечивающие минимизацию изгибающей силы при обработке нежестких валов.

Реализация и внедрение результатов работы. Результаты исследования внедрены на ООО «ЮргаГидравлика», г. Юрга Кемеровской области.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены и обсуждены на 10-й и 11-й Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы повышения эффективности металлообработки в промышленности на современном этапе» - г. Новосибирск (2012г., 2013г.), Международной научно-технической конференции «Высокие технологии в машиностроении» - г. Курган (2012 г.), Международной конференции «Инновации в машиностроении» - г. Юрга (2012г.), I Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы в машиностроении» - Новосибирск (2014г.), VII Международной научно-технической конференции «Современные проблемы машиностроения» - Томск (2013г.), III Международной научно-практической конференции «Инновационные технологии и экономика в машиностроении» - г. Юрга (2012г.), I и II Международной научно-практической конференции «Перспективы развития и безопасность автотранспортного комплекса» - Новокузнецк. (2012г., 2013г.), Всероссийской научной конференции «Механики XXI веку» - Братск (2012г.), Всероссийской научной конференции с международным участием «Байкальский материаловедческий форум» - Улан-Удэ (2012г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 работ. Из них 4 статьи в научных журналах, входящих в перечень рецензируемых научных журналов и изданий, 2 статьи в зарубежных изданиях, входящих в базу Scopus.

Структура и объем диссертационной работы. Работа состоит из введения, пяти разделов, заключения и списка литературы из 140 наименований и одного приложения. Всего 194 страницы машинописного текста, включая 126 рисунков и 6 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложена актуальность темы, представлено краткое содержание диссертации, сформулированы цель, научная новизна и практическая ценность работы.

В первом разделе представлен обзор литературных источников, посвященный вопросам определения механики стружкообразования, силовых зависимостей и геометрических параметров при косоугольном резании. Изучением этих вопросов занимались A.M. Розенберг, Ю.А. Розенберг, В.Ф. Бобров, H.H. Зорев, И.Дж.А. Армарего, Д.В. Кожевников, М.И. Клушин, Г.И. Грановский и другие отечественные и зарубежные исследователи. Полученные ими результаты свидетельствуют о том, что изменение геометрических параметров режущей части инструмента оказывает существенное влияние на процесс резания.

Рассмотрены особенности точения безвершинными резцами, чья режущая кромка не имеет вершины и при работе наклонена под большим углом относительно оси вращения заготовки. Работа безвершинными резцами была исследована Г.П. Галояном, Г.С. Минасяном, С.А. Клименко, A.C. Манохиным, W. Grzesik и другими исследователями, которые рассматривали влияние параметров безвершинного точения на шероховатость обработанной поверхности и силовые зависимости. В работах С.А. Клименко, A.C. Манохина обработка валов безвершинными резцами названа «бреющим точением», поскольку характеризуется снятием тонкой стружки при большой ширине контакта инструмента с заготовкой.

Во втором разделе с применением методики, предложенной С.И. Петру-шиным, определены геометрические параметры бреющего точения в статической (рисунок 1) и кинематической системах координат.

На основе предложенной схемы (см. рисунок 1) составлены формулы и описывающие зависимости изменения геометрии в статической системе координат:

Статический угол наклона режущей кромки в т.А

Статический угол в плане в т.А

sin^ =sinú>-cos^;

eos <рс =-

eos (О

Jeos a>+sin <usm y/A

(1)

(2)

Статический передний угол sln Ус' в т.А

eos уп - sin v j +smyu cosy/j cosú)

•J(cosy„ ■ sin2 ы■ sincos^ + sin/,, cosü))2 +sin2 ai-sin2 у/л ■

(3)

(eos y„ ■ eos a ■ eosi//A - sin y„ • sin у/л f + eos2 y„ • (eos2 eo + sin2 eo ■ sin2 y/A )2

Статический задний угол в т.А

eos or„ • eos eo ■ eos у/t + sin a„ • sin у/A

^/(sinar,, sin2 ю -sin у/, cosvj +eosar„ cosíü)2 +sin2 <a sin2угл ■

(4)

(sina,, • cosa»■ eosi//A - cosa,, sin^)2 +sin2 a„ (cos2¿u + sin2i»sin2^)2 где со - угол наклона лезвия; у - угол наклона статической основной плоскости; у„, a„ - инструментальные передний и задний углы.

На рисунках 2-3 приведены графики зависимости геометрии лезвия инструмента в статической системе координат, рассчитанные по формулам (1)-(4), на них выделен рабочий диапазон изменения геометрии, при котором значение статического заднего угла ас>0°.

диапазон ----<í>-

- - -

„ w " ~ _________

_______ _ • • - -

—•—i—'— г—i —■— ' 1 ' 1

40

30 20 10 0 -10 -20 •30

•50 -40 -30 -20 -10 0

4V

10 20 30 40 50

Раоочий :q --------1

диапазон J

X

______

.....

/ — w-45di

_____i.....

i =15;

------1--- —'—i—•— —•—i—■—

•50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50

а) б)

Рисунок 2 - Зависимости изменения угла наклона режущей кромки (а), угла в плане

(Рс (б) в точке А от угла наклона основной плоскости \|/А в ССК: у„=5°; а„=30°; 0=20 мм

-50 -40 30 -20 -10 0 10 20 30 40 5с 50 40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50

*

а) б)

Рисунок 3 - Зависимости изменения угла наклона режущей переднего угла у* (а) и заднего угла (б) в точке А от угла наклона основной плоскости уА в ССК: у„=5°;

аи=30°; 0=20 мм

Для определения геометрии в кинематической системе координат использовались матрично-векторные преобразования. В результате выполненного анализа полученных зависимостей установлено, что при определенном сочетании геометрии режущей части инструмента и параметров бреющего точения возможны неблагоприятные значения заднего угла, ограничивающие работоспособность инструмента.

По специальной методике определены параметры сечения срезаемого слоя в зависимости от подачи, диаметра обрабатываемой заготовки, угла наклона лезвия и глубины резания. На рисунке 4 показаны зависимости изменения толщины срезаемого слоя от подачи и угла наклона лезвия.

Рабочий

90 80 70 60 50 40 '.й 30 20 10 0 •10 -20 -30

а) б)

Рисунок 4 - Зависимость изменения толщины срезаемого слоя от подачи (в) и угла наклона лезвия (со); 0=20мм, 1=1 мм: а) со=15°, б) ш=60о

На основе известной методики суммирования удельных составляющих силы резания, предложенной Д.К. Маргулисом [1], разработана схема (рисунок 5) нагружения лезвия бреющего резца удельными составляющими силы резания Рп и Ру1, которые использовались при расчете интегральных составляющих.

участка удельными составляющими силы резания Рд и Ру|

В третьем разделе представлены методика и результаты экспериментального исследования стружкообразования при бреющем точении стали 45. В результате этого установлено, что полученная стружка (рисунок 6) представляет собой витую спираль, параметры которой (диаметр и шаг) зависят от глубины резания, подачи и угла наклона лезвия. Определены коэффициенты продольной (£л) и поперечной (уширения и утолщения £,а) усадки стружки при различных значениях угла наклона лезвия (см. рисунок 7), глубины резания и подачи. Полученные значения коэффициентов уширения стружки при значениях коэффициента утолщения стружки ^>1 указывают на сложный характер деформирования срезаемого слоя материала. Стружка, полученная в процессе бреющего точения, свидетельствует о несвободном процессе резания.

с различными значениями угла наклона лезвия

Рисунок 7 - Продольная (а) и поперечная (в) усадка стружки, полученной при бреющем точении с различными значениями угла наклона лезвия

Для исследования пластической деформации в зоне стружкообразования использовался метод цифровой корреляции изображений. Экспериментальные исследования проводились с использованием программного обеспечения и оптической аппаратуры, разработанных в ИФПМ СО РАН, г. Томск. На основе требований к проведению эксперимента автором была разработана установка для проведения исследований деформации в зоне стружкообразования (рисунок 8).

1 ^Л лП I ..

Рисунок 8 - Схема и фотография экспериментального исследования пластической деформации в зоне стружкообразования с применением метода цифровой корреляции изображений: 1 - заготовка, 2 -инструмент, 3 - цифровая видеокамера, 4 - лазер, 5 - блок питания, 6 - персональный компьютер

В качестве исследуемого материала использовалась медь М1, поскольку данный материал хорошо деформируется при малых скоростях резания. Известны исследования Г.Л. Куфарева (ТПУ, г. Томск) с которыми были сопоставлены результаты экспериментов. В результате выполненной серии экспериментов определено влияние углов у (рисунок 9) и X (рисунок 10) на формирование области пластической деформации в обрабатываемом материала. Цифрами на топограм-мах обозначены усредненные значения деформации сдвига (уху) в пределах выделенных областей. Установлено, что увеличение углов у и X приводит к снижению объема и степени пластической деформации при косоугольном резании.

и

В) Г)

Рисунок 10 - Топограммы деформации сдвига (уху) в зоне стружкообразования при резании меди М1 (У=13 мм/мин): а) Х=0°; б) Х.=15°; вИ=30°; г) ^=45°

в) г)

Рисунок 9 - Топограммы деформации сдвига (уху) в зоне стружкообразования при резании меди М1 (У=13 мм/мин): а) у=0°; б) у=5°; в) у=10°; г) у=15°

В четвертом разделе приведены методика и результаты экспериментального исследования силовых зависимостей процесса бреющего точения, а также их сравнение с теоретическими зависимостями. Экспериментальные исследования проводились на токарно-винторезном станке 1К62 с применением трехкомпо-нентного динамометра конструкции В.Н. Сбоева и В.В. Брюхова (ТПУ, г. Томск), который соединен через тензоусилитель с аналого-цифровым преобразователем USB-3000 для регистрации данных в цифровом виде. Обработка результатов проводилась с применением специального программного обеспечения PowerGraph 3 Professional.

В качестве обрабатываемого материала использовалась сталь 45. Материал режущей части инструментов - Т5К10. Для нахождения удельных составляющих силы резания были проведены эксперименты при свободном резании с различными параметрами толщины срезаемого слоя, углов а и у результаты которых приведены на графиках (см. рисунки 11-13).

300

200-

100

2 5

X

200-

0.00 0,02 0,04

0.06 0.08 а, мм

0,10 0,12

0.00 0.02 0,04

0.06 0.08 а, мм

а) б)

Рисунок 11 - Зависимости изменения удельных составляющих силы резания Рг (а) и Ру (б) от толщины срезаемого слоя при различных значениях у

0,10 0,12

300 250 200 150 100 50

00,00

220-

200-

180-

160-

140-

2 2 120-

X 100-

а. 80-

60-

40-

20-

0-

0,02

0,04 0,06 0,08 а, мм

0,10 0,12

0.00 0,02 0.04

0.06 0,08 а, мм

0,10 0,12

а) б)

Рисунок 12 - Зависимости изменения удельных составляющих силы резания Рг (а) и Ру (б) от толщины срезаемого слоя при различных значениях а

-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40-5° -«о -30 -20

а) б)

Рисунок 13 - Зависимости изменения удельных составляющих силы резания Р2 (а) и Ру (б) от переднего угла (уи) при различных значениях а: аи=7,5°

В результате математической обработки экспериментальных зависимостей изменения удельных составляющих силы резания (см. рисунки 11-13) были получены следующие формулы:

а) в положительном диапазоне у:

Р* =(-18,02-^+ 2315,6) а (0,0001-а2-0,0079-« +1,0512)

б) Ри в отрицательном диапазоне у:

Р^ =(24,101 ■ ^ + 2081,8) а (0,0003 - а2 -0,0153-а + 1,1028)

в) Ру, в положительном диапазоне у:

Ру. = [-(1,6608 • у2 + 0,3345 • у + 3759,1) • а2 +...

... + (0,093 • у2 - 21,904 у +1769,2) • а] • (-0,0142 • а +1,196)

г) Р^ в отрицательном диапазоне у:

Ру. = [(-0,0022 • у* - 0,085 • у3 +15,05 • у2 -103,23 • у + 83 5) •...

.а(8/Г-07У-1£-04./+0,003^-0.0|(»Г+07222Л (-0,0196 « + 1,1 26)

где а - толщина срезаемого слоя в рассматриваемой точке лезвия; у, а - значения переднего и заднего углов в рассматриваемой точке лезвия.

Разделение на диапазоны было выполнено с целью получения более точных формул (5)-(8) из-за различия в характере зависимостей для отрицательного и положительного диапазона зависимостей удельных составляющих силы резания от переднего угла инструмента (см. рисунок 13). В результате сравнения экспериментальных и расчетных данных для формул (5) и (6) было установлено, что среднеквадратичная ошибка составляет 8КВ=14%, средняя относительная ошибка -8ОТН=8,5%. Для формул (7) и (8) - 8КВ=26,5%; 8ОТН =9,16%.

Для исследований бреющего точения была разработана конструкция бреющего резца (рисунок 14) (заявка патент на полезную модель №2014123872 от 10.06.2014) с возможностью установки сменных многогранных пластин и изменения угла со (см. рисунок 1).

(5)

(6)

(7)

(8)

14

А-А

СЁ

Рисунок 14 - Бреющий резец для проведения экспериментальных исследований

На рисунках 15-17 представлены экспериментальные и расчетные зависимости изменения составляющих силы резания при бреющем точении от глубины резания, подачи и угла наклона лезвия. Расчеты проведены по методике, предложенной во втором разделе, с использованием формул (5)-(8).

400-, 350-

600 500400-

i 300£ 200-

■ экспериментальные • расчетные — - расчетные —— экспериментальные.

200 150 100 50

■ экспериментальные • расчетные -экспериментальные

- ■ расчетные

.У

1

к

уЧ

-X

0,2 0.3 I. мм

а)

0.4

0,5

0.1

0,2 0,3 0,4 I. мм

б)

0.5

Рисунок 15 - Изменение составляющих сил резания Р2 (а) и Ру (б) от глубины резания

500 450 400 350 г 300 £ 250 200 150 100 50

■ экспериментальные • расчетные - - - расчетные 1-экспериментальные;

400 350 300 250

X ¿- 200

150

100

50

■ экспериментальные • расчетные

-экспериментальные

■ - расчетные

0,1

0,2 0,3 0.4

з, мм/об

0,5

0,6

0.1 0,2 0,3 0,4 0,5 0.6 8. мм/Об

а) б)

Рисунок 16 - Изменение составляющих силы резания Рг (а) и Ру (б) от подачи

■ экспериментальные] • расчетные - - - расчетные

— экспериментальные |

""•О,

320-, 300280260 240 ¿Г 220-1 200 180 160140

1 Х-

■ экспериментальные • расчетные

- расчетные

экспериментальные

N

-70 -65 -60 -55 -50 -45 -40 -35 -30 -25 -20

-70 -65 -60 -55 -50 -45 -40 -35 -30 -25 -20

а) б)

Рисунок 17 - Изменение составляющих силы резания Рг (а) и Ру (б) от угла наклона лезвия

В результате сравнения экспериментальных данных с расчетными значениями составляющих силы резания установлено, что погрешность расчета составляет: 16,8% для Р2 и 13,65% для Ру в отрицательном диапазоне изменения угла наклона лезвия; 16,4% для Р2 и 13,9% для Ру в положительном диапазоне изменения угла со. Таким образом расчет составляющих силы резания Р2 и Ру, выполненный путем суммирования удельных технологических составляющих силы, вполне приемлем.

В пятом разделе на основе анализа параметров геометрии и сечения срезаемого слоя (см. раздел 2), а также исследования силовых (см. раздел 4) и деформационных (см. раздел 3) характеристик бреющего точения определены оптимальные по критерию точности обработки и прочности лезвия значения инструментальных переднего и заднего углов.

Для определения целесообразности применения бреющих резцов с оптимизированной геометрией проведены сравнительные экспериментальные исследования точности обработки нежестких валов с использованием бреющих и проходных резцов. Заготовки из стали 45 диаметром 10 мм закреплялись по двум схемам: в патроне с поддержкой задним центром и консольно в патроне. Результаты измерения отклонения от цилиндричности в зависимости от отношения ЬЛЭ валов приведены на рисунке 18.

■ и-15" 1-0"

• ||я25® у«0° А и-и'НЗ' Т и-25"г-15"

♦ ирччитн! фв90* Ч 1ФОЧОЛ1ЮЙ ф-4*"

0,12-

* 0,06-1 <

0,02-

0,00

и-15'гО" и-251 г-С и«15,у.15° и-:.«' г-15' |||>011*|'Ш!)(| ф-^О" помином ф-45®

10 11 12 13 14 15 5 6 7

ЦО иэ

Рисунок 18 - Зависимость изменения отклонения от цилиндричности при закреплении заготовки в патроне с поддержкой задним центром (а) и консольно (б)

В результате выполненных экспериментов установлено, что применение бреющего точения позволяет повысить точность обработки нежестких валов в сравнении с обработкой проходными резцами при одинаковых режимах резания. Установлено, что среднее увеличение точности обработки нежестких валов за счет применения бреющего точения составляет 23...50% относительно обработки проходными резцами с углом в плане <р=45° и (р=90°.

Для теоретического описания зависимостей отклонения от точности применены зависимости профессора B.C. Корсакова [2]. Установлено, что средняя относительная ошибка расчета отклонения от точности при обработке консольно закрепленных нежестких валов S=44%, при коэффициенте корреляции 0,93. Для валов, закрепленных в патроне с поддержкой задним центром S=27%, коэффициент корреляции 0,9. Полученный результат указывает на хорошее качественное совпадение экспериментальных данных с теоретическим расчётом.

С использованием профилографа-профилометра АБРИС-ПМ7 определена шероховатость обработанной поверхности по параметру Ra. На рисунке 19 представлены максимальные значения Ra, полученные при обработке бреющими и проходными резцами при одинаковых режимах резания. В результате сравнения полученных данных установлено, что шероховатость поверхности, обработанной бреющими резцами, будет на 42... 120% ниже, чем обработанной проходными резцами.

Q_] проходной

I I проходной <? -4.v>

te®»

if

¡я - :' -

||

и

S

IP ф

l|Mii

I !<■ 25е у Oa

il .. ia=2Sey=I.S°

I I проходной <р=90°

; I проходной tp=45°

В

Рисунок 19 - Шероховатость обработанной поверхности: при закреплении заготовки в патроне с поддержкой задним центром (а) и консольно в патроне (б)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основе анализа выполненных экспериментальных и теоретических исследований можно сделать следующие выводы:

1) На основе анализа параметров геометрии и сечения срезаемого слоя установлено, что при определенном сочетании геометрии режущего лезвия, подачи, глубины резания и диаметра заготовки возможны неблагоприятные значения заднего угла в статической системе координат (ас<0о), что препятствует работе инструмента. Для устранения значений ас<0° предложено уменьшить глубину резания или угол наклона лезвия либо увеличить инструментальный задний угол.

2) Разработана экспериментальная установка для проведения исследований пластической деформации в зоне стружкообразования при косоугольном резании с применением современного информативного и высокоточного метода цифровой

корреляции изображений, которая позволяет проводить экспериментальные исследования влияния геометрии режущей части инструмента на величину и направление смещения деформируемого материала, степень и интенсивность пластической деформации в обрабатываемом материале.

3) Разработана последовательность расчета составляющих силы резания при бреющем точении, основанная на суммировании удельных составляющих силы резания, на основе которой определены зависимости изменения составляющих силы резания от параметров геометрии и режима бреющего точения. Установлено, что погрешность расчета составляет: 16,8% для Pz, и 13,65% для Ру в отрицательном диапазоне изменения угла наклона лезвия; 16,4% для Pz, и 13,9% для Ру в положительном диапазоне изменения угла со.

4) На основе полученных данных о параметрах геометрии и сечения срезаемого слоя, а также исследования силовых и деформационных характеристик бреющего точения выполнена оптимизация параметров геометрии и режима бреющего точения по критерию точности обработки нежестких валов. Установлены оптимальные по критерию точности обработки и прочности лезвия значения инструментальных переднего и заднего углов: ун=0... 15° и ан=15...25°.

5) В результате выполненных сравнительных экспериментальных исследований установлено, что увеличение точности обработки нежестких валов с консольным закреплением за счет оптимизации бреющего точения составляет 3045%, уменьшение шероховатости по параметру Ra - 100-120% относительно обработки проходными резцами с углом в плане <р=45° и <р=90°. При обработке нежестких валов с закреплением в патроне с поддержкой задним центром увеличение точности составило 23-50%, а уменьшение шероховатости по параметру Ra -42-105%.

6) Разработанная конструкция бреющего резца внедрена на производстве в ООО «ЮргаГидравлика». В результате достигнуто увеличение точности в 1,4 раза и уменьшение шероховатости поверхности в 1,5 раза при обработке нежестких осей.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В журналах, входящих в перечень рецензируемых научных журналов и изданий:

1. Петрушин, С.И. Анализ геометрии косоугольного обтачивания безвершинными резцами /С.И. Петрушин, A.B. Филиппов //Обработка металлов. Технология. Оборудование. Инструменты. - 2013. - №2. - С. 8-14.

2. Филиппов, A.B. Исследование процесса стружкообразования при резании металлов методом цифровой корреляционной спекл-интерферометрии /A.B. Филиппов, A.B. Проскоков // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. "Машиностроение". -2014. - №2.-С. 100-113.

3. Филиппов, A.B. Определение параметров сечения срезаемого слоя при косоугольном точении безвершинным резцом /A.B. Филиппов //СТИН. - 2014. -№4. -С. 21-25.

4. Филиппов, A.B. Экспериментально-лабораторный стенд для исследования деформации металлов при резании /A.B. Филиппов, A.B. Проскоков, О.Ю. Вербицкая //Научное обозрение. - 2013 -№.5. - С. 53-56.

В зарубежных изданиях, входящих в базу Scopus:

1. Filippov, А. V. Influence of гаке angle tool on plastic deformation in chip formation when cutting / A.V. Filippov, V.V. Gorbatenko // Applied Mechanics and Materials. -2014.-Vol. 682.-P. 525-529.

2. Filippov, A.V. Constructing a model of the equivalent wedge oblique cutting edge /A.V. Filippov //Applied Mechanics and Materials. - 2013. - Vol. 379. - P. 139-144.

В других научных изданиях:

1. Петрушин, С.И. Геометрия косоугольного резания безвершинным резцом в статической системе координат/С.И. Петрушин, A.B. Филиппов //Проблемы повышения эффективности металлообработки в промышленности на современном этапе: материалы 11-ой Всеросс. науч.-пр. конф. - Н: Изд-во НГТУ, 2013. - С. 243-246.

2. Проскоков, A.B. Определение скорости деформации в зоне стружкообразова-ния при резании /A.B. Проскоков, A.B. Филиппов //Высокие технологии в машиностроении: материалы Междунар. науч.-техн. конф. - Курган: изд. КГУ, 2012 -С. 181-184.

3. Филиппов, A.B. 3D моделирование геометрии косоугольного точения /A.B. Филиппов //Инновации в машиностроении: сб. трудов междунар. мол. конф. -Томск: Изд-во ТПУ, 2012. - С. 178-182.

4. Филиппов, A.B. Косоугольное точение бреющими резцами /A.B. Филиппов //Актуальные проблемы в машиностроении: сборник научных трудов I Междунар. науч.-прак. конф. - Н.: Изд-во НГТУ, 2014. - С. 236-241.

5. Филиппов, A.B. Моделирование геометрических параметров косоугольного точения безвершинным резцом с радиусной передней поверхностью /A.B. Филиппов // Современные проблемы машиностроения: сб. науч. трудов VII Междунар. науч.-техн. конф. - Томск: Изд-во ТПУ, 2013. - С. 361-364.

6. Филиппов, A.B. Определение деформаций при резании металлов цифровой корреляцией спекл-картин /A.B. Филиппов // Инновационные технологии и экономика в машиностроении: сборник трудов III Междунар. науч.-практ. конф. с эл. науч. школы для мол. ученых. - Томск: Изд-во ТПУ, 2012. - Т. 1 - С. 280-282.

7. Филиппов, A.B. Определение влияния геометрии металлорежущего инструмента на формирование зоны пластической деформации в обрабатываемом материале /A.B. Филиппов, A.B. Проскоков //Байкальский материаловедческий форум: Материалы всеросс. науч. конф. с междунар. участием: в 2 т. - Улан-Удэ: БНЦ СО РАН, 2012. - Т.1. - С. 157-159.

8. Филиппов, A.B. Экспериментальное исследование деформации меди Ml при свободном резании инструментом со сложным профилем передней поверхности /A.B. Филиппов, A.B. Проскоков //Механики XXI веку. XI Всеросс. науч.-тех. конференция с междунар. уч.: сборник докладов. - Братск: ГОУ ВПО «БрГУ», 2012.-С. 264-267.

Список цитируемой литературы:

1. Маргулис, Д.К. Протяжки переменного реэания /Д.К. Маргулис. - 2-е изд., перераб. и доп. -М. С.: Машгиз, 1962.-272 с

2. Корсаков, B.C. Точность механической обработки /В.С, Корсаков. - М.: Машгиз, 1961. - 380 с.

Печ. л. 1. Тираж 100 экз. Заказ № 5.

Тираж отпечатан в типографии ИОА СО РАН. 634055, г. Томск, пл. Академика Зуева, 1. Тел. 49-10-93.

2014251

2014251153