автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Разработка методов и средств эффективного выбора режимов резания труднообрабатываемых материалов на основе термосиловых характеристик процессов

УДК6219101 На правах рукописи

Горелов Валерий Александрович

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ЭФФЕКТИВНОГО ВЫБОРА РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ ТРУДНООБРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ТЕРМОСИЛОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОЦЕССОВ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Специальность 05 03 01 - Технологии и оборудование механической и физико-

технической обработки

Москва, 2007

ООЭОВ6110

Работа выполнена в Московском государственном технологическом университете «СТАНКИН»

Научный консультант:

Доктор технических наук, профессор Григорьев С Н

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор Макаров В Ф

Доктор технических наук, профессор Козочкин М П

Доктор технических наук, профессор Старков В К

Ведущая организация ОАО «Национальный институт авиационных технологий» (НИАТ), г Москва

Защита диссертации состоится <<$$>> А 2007 г в ^ на заседании диссертационного совета Д 212 142.01 в Государственном образовательном учреждении ВПО Московский государственный технологический университет «СТАНКИН» по адресу 127994, г Москва, Вадковский пер, ЗА

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН»

Ваш отзыв на автореферат, заверенный печатью, просим направить по указанному адресу

Автореферат разослан « О-В, 2007 г

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. В настоящее время производство газотурбинных авиационных двигателей (ГТД) является одной из интенсивно развивающихся отраслей промышленности На основе ГТД создаются стационарные газотурбинные установки (ГТУ) для газоперекачивающих станций, привода для наземного и водного транспорта и т д

Для производства современных и перспективных двигателей требуются новые сплавы на никелевой и титановой основе с повышенными жаропрочными свойствами Технологические свойства этих сплавов, и, прежде всего, их низкая обрабатываемость резанием, а также конструктивные и технологические особенности заготовок из них определяют повышенную трудоемкость процессов механической обработки, которая составляет более половины трудоемкости изготовления современного двигателя

Интенсификация производства и повышение качества ГТД и ГТУ осуществляется на базе автоматизации и информационной поддержки всего жизненного цикла изделия от разработки проектно-конструктор-ской документации и технологии производства изделий до их испытаний и сервисного обслуживания По-прежнему значительной долей в себестоимости разработок изделий остается технологическая подготовка производства, т к автоматизация и информационное обеспечение этого этапа имеет высокую трудоемкость из-за отсутствия необходимой технологической информации и, прежде всего, по режимам обработки резанием деталей из новых жаропрочных сплавов

Актуальность этой проблемы также обусловлена тем, что в последние годы в технологии производства ГТД применяются высокопроизводительные многооперационные станки с ЧПУ, оснащенные инструментами с твердосплавными и керамическими сменными многогранными пластинами (СМП) как правило, импортного производства Отсутствие технологической информации по режимам резания и стойкости инструмента при использовании новых инструментальных материалов,

упрочняющих покрытий, форм СМП и СОТС для обработки резанием деталей из жаропрочных никелевых и титановых сплавов снижает эффективность технологической подготовки производства Для выбора эффективных условий обработки деталей необходимо проведение трудоемких и материалоемких экспериментальных исследований по определению режимов резания и стойкости инструмента при проектировании конкретных операций (переходов) в технологических процессах

Проблеме оптимизации режимов резания и стойкости инструмента посвящено большое количество научно-исследовательских работ Отечественными и зарубежными учеными созданы научные школы и инженерные методики по определению режимов резания, в основе которых приняты различные методы исследований эмпирические, теоретические, диагностические и метод подобия Вместе с тем, применяемые в настоящее время методические материалы и нормативы на режимы резания и стойкости инструмента, изданные более двадцати лет назад, не соответствуют требованиям современных технологий и не могут являться информационной базой для автоматизированных систем технологической подготовки производства (АСТПП)

Решение проблем современного производства, связанных с внедрением нового оборудования, режущих инструментов, упрочняющих покрытий и СОТС, требует больших временных и материальных затрат на проведение экспериментальных исследований по выбору режимов резания для всех операций и переходов технологического процесса обработки деталей При современных темпах развития автоматизированного производства проведение таких исследований традиционными методами перестает быть эффективным

Для значительного сокращения трудоемкости и материалоемкости экспериментальных исследований и повышения эффективности выбора технологических условий обработки резанием жаропрочных сплавов на основе термосиловых моделей процесса резания необходимо разрабо-

тать методы и программы расчета контактных напряжений и температур, а также составляющих сил резания и термосиловые моделей стойкости режущего инструмента, создание и использование которых в свою очередь требует формирования интегрированной программно-информационной системы, включающей многопараметровые измерительные средства, удовлетворяющие по своим динамическим и временным характеристикам физическим явлениям, происходящим в процессе резания жаропрочных сплавов и изнашивания режущего инструмента

Представленные в работе термосиловые модели процесса резания не ограничиваются, как в ранее проведенных исследованиях, режимами резания обрабатываемых материалов или технологическими рекомендациями на отдельные операции (переходы) Эти модели в комбинации с многопараметровыми измерительными средствами устанавливают зависимость работоспособности режущего инструмента от действующих сил и температур, которые в свою очередь определяются режимами резания, геометрией инструмента и обрабатываемой поверхности детали и интенсивностью изнашивания инструмента для пары «инструментальный - обрабатываемый материал»

Целью работы является разработка методов термосилового моделирования и автоматизированных средств измерения параметров физических явлений в процессе механической обработки для сокращения трудоемкости и материалоемкости выбора режимов резания труднообрабатываемых материалов на этапе технологической подготовки производства

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи

-создание математических моделей, алгоритмов и программного обеспечения для расчета условий пластического деформирования и температуры в зоне резания и на контактных поверхностях инструмента с обрабатываемым жаропрочным материалом при резании, учитывающих

особенности изменения его механических свойств при стандартных испытаниях на растяжение с повышением температуры,

-выявление критериев подобия, характеризующих термомеханические процессы в зоне резания и позволяющих рассчитывать процессы косоугольного несвободного резания с условиями пластического деформирования, подобными условиям процессов прямоугольного резания, в зависимости от режимов резания, геометрии режущего инструмента и обрабатываемого материала,

-разработка моделей, алгоритмов и программного обеспечения для определения составляющих сил несвободного косоугольного резания при точении жаропрочных сплавов на основе термомеханического моделирования напряженно-деформированного состояния и температур в плоскости сдвига с учетом подобия процессов резания,

-разработка математической модели для определения интенсивности изнашивания инструмента на основе предложенной модели для расчета стойкости инструмента, устанавливающей ее зависимость от сил и температур, действующих на контактных поверхностях инструмента, заданных режимами резания и геометрией инструмента,

-создание многопараметровых измерительных средств, удовлетворяющих по своим динамическим и временным характеристикам физическим явлениям, происходящим в процессе резания жаропрочных сплавов и изнашивания режущего инструмента, дополняющих и подтверждающих результаты теоретического моделирования,

-разработка программно-информационного обеспечения для измерения и анализа физических параметров, определения эффективных режимов резания и стойкости режущего инструмента с возможностью учета характеристик средств технологического оснащения, качества обработанной поверхности и др

Методы исследований. В работе использовались основные положения механики и термомеханики и теплофизики резания, теории подо-

бия и размерностей, теории обработки сигналов, применялись современные измерительные средства Обработка экспериментальных данных выполнялась с применением методов математической статистики Научная новизна работы заключается в

1 установленной количественной зависимости расчетной температуры контактных поверхностей режущего инструмента с фактическими значениями предела прочности жаропрочных титановых и никелевых сплавов от температуры их испытаний на растяжение,

2 установленных трех физических критериях подобия термомеханических процессов пластического деформирования при резании для расчета сил свободного и несвободного резания линейной или угловой интенсивности деформации в условной плоскости сдвига, скорости деформирования, отнесенной к скорости деформирования базового процесса, и температуры деформации, отнесенной к температуре плавления обрабатываемого материала,

3 выявленной экспериментальной зависимости стойкости режущего инструмента от действующих сил и температур на контактных поверхностях режущего инструмента при заданном критерии износа инструмента для пары «инструментальный - обрабатываемый материал»,

4 разработанных алгоритмах применения термосиловых моделей и многопараметровой системы измерения и обработки экспериментальных данных, реализованных в виде интегрированного программного обеспечения, являющегося основой специализированной информационно-технологической базы АСТПП

Практическая ценность работы заключается в 1 разработанных методиках и программах расчета температур в зоне резания и контактных поверхностях инструмента с учетом его износа при токарной обработке деталей из никелевых и титановых сплавов

2 разработанных методиках и программах для определения составляющих силы несвободного косоугольного резания острозаточен-ным и изношенным инструментом при продольном, торцевом и контурном точении и растачивании деталей из жаропрочных никелевых сплавов

3 разработанных алгоритмах формирования баз данных, содержащих параметры модели расчета напряжений, модели стойкости и интенсивности изнашивания режущего инструмента для пары «инсгрументальный - обрабатываемый материал», значения критериев подобия для различных режимов прямоугольного резания

4 созданных и внедренных многопараметровых измерительных стендах, позволяющих получить оперативную и достоверную информацию о термосиловых и виброакустических параметрах процесса резания

5 разработанных технологических рекомендациях по выбору режимов резания, режущих инструментов, оснащенных твердосплавными и керамическими СМП и из инструментальных сталей, а также марок СОТС для различных условий обработки жаропрочных никелевых и титановых сплавов

Реализация результатов работы. Работы выполнялись в МГТУ «СТАНКИН» по межотраслевой научно-технической программе МАП СССР и Минвуза РСФСР «Авиационная технология», целевым программам отраслевого научно-исследовательского института технологии и организации производства двигателей (НИИД), программе ИАЭ им И В Курчатова, МГТУ им Н Э Баумана и ММЗ «Салют» и планам НИР «ФГУП «ММПП «Салют»

Работа представлена в виде методического, программно- информационного обеспечения, технологических рекомендаций и аппаратных многофункциональных диагностических комплексов для оптимизации условий резания и инструмента на «ФГУП ММПП «Салют», ФГУП

ВНИИТС, ОАО НИАТ, МГТУ «Станкин», ОАО АВТОВАЗ

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях и научно-технических симпозиумах «Актуальные проблемы технологии современного машиностроения» (Москва, МГТУ им Баумана, 2000), «Актуальные проблемы машиностроения» (I Международная конференция, Владимир, 2001), «Динамика систем механизмов и машин» (IV Международная конференция, Омск, 2002), «Высокие технологии тенденции развития» (XIII Международная конференция, Алушта, 2003), «Резание и инструмент в технологических системах (Международная конференция, Харьков, 2003), «Качество поверхностного слоя деталей машин» (Международная конференция, Санкт-Петербург, 2003), «Двигатели и экология» (симпозиум, Москва, 2000 и 2002), «Актуальные проблемы Российской космонавтики» (XXXI чтения по космонавтике, Москва, 2007) и др

Публикации По теме диссертации опубликовано 144 печатные работы, получено 12 авторских свидетельства на изобретения

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, 142 рисунков, 16 таблиц, общих выводов и списка использованной литературы

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава диссертации посвящена аналитическому обзору работ, связанных с проблемами повышения эффективности АСТПП механической обработки деталей из жаропрочных сплавов Приведены конструктивно-технологические особенности заготовок, влияющие на повышение механических свойств жаропрочных сплавов и, как следствие, на увеличение трудоемкости обработки их резанием Вместе с тем отмечено уменьшение зависимости механических свойств жаропрочных сплавов от температуры при стандартных статических испытаниях на растяжение и резкое уменьшение свойств некоторых сплавов при опре-

деленной температуре Показаны технологические возможности применения режущих инструментов, оснащенных СМП [4], для обработки деталей из жаропрочных титановых и никелевых сплавов на современных многокоординатных станках с ЧПУ

Отмечена тенденция развития информационных технологий при производстве ГТД и проблемные вопросы выборы эффективных режимов резания и стойкости инструмента при автоматизированной технологической подготовке производства

Уделено внимание основным способам повышения эффективности обработки жаропрочных сплавов и отмечено влияние этих способов на силы резания и температуры, возникающие в зоне резания

Приведены методические основы по определению эффективных режимов резания и стойкости инструментов, разработанные отечественными и зарубежными учеными

Проанализированы тенденции перехода от эмпирического моделирования при выборе технологических условий обработки резанием к моделированию, согласно которому оптимизация технологических процессов осуществляется с использованием известных физических законов и физических характеристик процесса резания температур, напряжений и сил резания, интенсивности изнашивания режущего лезвия и др Однако любое теоретическое моделирование является неполным, поэтому окончательное суждение о точности моделирования или установление границ области применимости модели все равно должно определяться экспериментально

Сделан вывод о том, что в настоящее время не существует единого подхода к расчету сил при несвободном косоугольном резании Показано, что известные теоретические методы расчета сил резания не учитывают температуры в зоне обработки и не могут быть без необходимой доработки распространены на условия резания жаропрочных сплавов, механические свойства которых зависят от деформаций, скоростей де-

формаций и температур в зоне резания В главе обоснован вывод о том, что закономерности процесса резания жаропрочных сплавов могут быть исследованы только с помощью термомеханического подхода и измерения физических параметров при резании

Проанализированы известные методы теоретического определения контактных температур на поверхностях режущего инструмента и в зоне деформации, предложенные НН Рыкалиным, АН Резниковым, С С Силиным А В , Темниковым, Н В Талантовым, В С Кушнером и др , и причины, препятствовавшие созданию обоснованных методов теоретического определения температур и напряжений при обработке жаропрочных сплавов

В главе приведены основные закономерности изнашивания и износостойкости режущих инструментов, рассмотренные Ф Тейлором, Н Н Зоревым, Т Н Лоладзе и другими учеными Показано, что перечисленные геометрические характеристики износа субъективны и являются недостаточными Анализ использующихся в настоящее время стандартов ISO и DIN показал, что установленные характеристики изношенных поверхностей, необходимые для оценки износа инструмента, не всегда возможно точно измерить А Д Макаров, А С Кондратов, В С Кушнер и другие исследователи предлагают использовать дифференциальную характеристику износа инструмента - интенсивность изнашивания поверхностей инструмента, или относительный износ Известно, что процесс изнашивания включает в себя несколько механизмов, поэтому его интенсивность невозможно выразить математическим соотношением для какого-то одного механизма износа В качестве более универсальной характеристики интенсивности изнашивания режущего инструмента предложено использовать накопленную им за время работы поврежден-ность в результате воздействия сил резания и температур, возникающих в зоне резания под влиянием режимов обработки

Анализ результатов работ отечественных и зарубежных ученых

показал, что интегральной оценкой работоспособности инструмента могут служить модели, отражающие способность инструмента противостоять одновременному воздействию сил и температур в зоне резания Определение составляющих силы резания и температур на поверхностях контакта инструмента с заготовкой для оценки износостойкости режущего инструмента в зависимости от режимов резания является необходимым условием при решении ряда задач технологической подготовки производства проектирование или выбор средств технологического оснащения, расчет физических параметров качества обрабатываемых поверхностей, оценка эффективности технологических свойств СОТС, покрытий на рабочих поверхностях режущего инструмента и т д

На основании выполненного аналитического обзора сформулированы цель и основные задачи исследований

Во второй главе разработана математическая модель, алгоритмы и программное обеспечение для расчета температуры в зоне деформации при резании титановых и никелевых сплавов Проанализированы зависимости механических характеристик при растяжении жаропрочных материалов от температуры, представлена обобщенная зависимость действительного предела прочности никелевых и титановых сплавов от температуры в сравнении со сталью 45 (рис 1)

Для вычисления температур при резании никелевых сплавов на основании обобщения имеющихся экспериментальных зависимостей определена функция действительного предела прочности от температуры при растяжении (1) в виде прямой линии для температур 0<8ОО°С и в виде степенной функции при более высоких температурах Для титановых сплавов зависимость действительного предела прочности от температуры может быть аппроксимирована уравнением прямой во всей области изменения температуры (2)

'bo

1-

1 —

иво

1—

О у

jif ji/

Г- -Т'

7" -Т 1 с

beo sbie) = h

1 —V 1 i0

при в < On

при в>@п

v

1-Г,

О)

(2)

с

293+6> 273+6^ 293 г)

гое Т =——-,Г0 =——-,ГС = ——, Bq — степенной коэффициент, Тт

*пя *пл

— температура плавления обрабатываемого материала

Для новых никелевых сплавов зависимость действительного предела прочности Я/, от температуры при растяжении имеет похожий характер, только температуры, при которых осуществляется переход от линейного вида функции к степенному виду, выше 800°С

Sb, [МПа]

1SOO S^NiV

20 200 400 600 800 1000 1200 1400 ©, fC] Рис 1 Обобщенные зависимости действительного предела прочности никелевых и титановых сплавов, а также стали 45 от температуры

Разработаны новые уравнения, определяющие изменение каса-

1р.

тельных напряжений в зоне резания ^ и на поверхности инструмента

ь0

Ч

с. , отнесенные к действительному пределу прочности при растяжении ьо

при 20°С, в процессе резания жаропрочных сплавов с учетом зависимости этих характеристик от температуры Т, деформации 8 и скорости деформации 8, существенно отличающиеся от аналогичных уравнений для конструкционных сталей

- для никелевых сплавов &

-=ЛКее%ехр

_ _

(тй-Гс)(т+1) Р

'Ж^ечр

АА,КЧ

V \

\та-тс)(1+т)

(3)

для титановых сплавов

АЖРеКе т+1

(1-Гс)(т+1)Р

%

\

. т+1

(1-Гс)(»+1) *

(4)

1 ь

где А= г- г--А, = -5—, Су — удельная объемная теплоем-

СуТт

кость обрабатываемого материала, ог — линейная деформация обрабатываемого материала в направлении оси 2

Влияние деформации, скорости деформации и температуры на касательные напряжений в зоне резания и на поверхности инструмента при резании учитывается с помощью показателя деформационного упрочнения т, коэффициентов динамичности ке в зоне деформации и к/} на поверхности инструмента Показана методика их определения и приведены конкретные числовые значения

Среднее касательное напряжение в условной плоскости сдвига в интервале (0, £р) для никелевых сплавов может быть вычислено по формуле (5), а для титановых сплавов по формуле (6)

1-ехр

А»

h

ААхКЕ{1~~^~)Кре

т+1

0-7с (m +1)

1 ^-Лощк^

(5)

- (1 -Т'с) т

(Ъ-Тс)

\m+i)(i-rcyu J

где £„

С

"о

-2 sin?'

AKpesU

(6)

COSf

истинный сдвиг в зоне стружкообразования, ¿Г-

усадка стружки, Кре — коэффициент Пекле

Для квазиадиабатических условий деформации жаропрочных сплавов необходимое приращение температуры для обеспечения таких средних касательных напряжений находится из уравнения баланса тепловых потоков в зоне стружкообразования с учетом теплового потока, поступающего в деталь из зоны стружкообразования, и определяет среднюю температуру в плоскости сдвига (температуру деформации)

®д ~ ТплА

-suKPe> ГС]

(7)

"о

Расчет температур на передней и задней поверхностях производился численным термомеханическим методом Расчетами подтверждено, что температура передней поверхности при точении никелевых сплавов достигает высоких значений и более равномерно распределена по длине контакта стружки с резцом, чем при точении титановых спла-

вов (рис 2) Этому способствуют высокие температуры деформации и разупрочнение материала под влиянием температуры на передней поверхности

Установлено, что распределения температуры по задней поверхности при резании никелевых и титановых сплавов существенно отличаются, главным образом, из-за влияния различных по виду застойных зон на режущей кромке инструмента

Представлен пример расчета температуры деформации и температур на контактных поверхностях инструмента при точении жаропрочного никелевого сплава ХН73МБТЮ и титанового сплава ВТ-9 инструментами с СМП с различной геометрией

Температура задней новерхпоети при точении титанового сплава ВТ-9 м/мои, 1=1 ММ, 5=0,1 мм/об)

Координат.» гдянеи поверхности

Температура гаднеп поверхности при точении никелевого сплава ХН73МБТЮ (\'=20 мЛиин, 1=1 мм, »=0,1 мм/об)

Участок фаски износа

Участок

застойной jomi

дина! а задней иоверлкопн

Температура передней поверхности при точении титанового сплава ВТ-9 (¥=40 м/мин, 1=1 мм, й;=0Д мм/об)

Коор. шяаы Щ'решен поверхности

(V=20 м/мии, 1=1 мм, s=0,l мм/об)

Ж-

sss^f Участок

§(3 i

и, U пластического

se 1 контакта

J" I УУчасток

•>г I упрочнения

Участок упругого контакта

Коо|>И!Н»1» передней поверхности

Рис 2 Графики распределения температур по контактным площадкам режущего инструмента при точении жаропрочных сплавов

Третья глава посвящена разработке моделей, алгоритмов, программного обеспечения и методики расчета сил косоугольного свободного и несвободного резания при токарной обработке острозаточенным и изношенным инструментом с СМП при продольной, торцевой и контурной токарной обработке жаропрочных титановых и никелевых сплавов

В основе разработанной методики лежат модели механики прямоугольного резания с одной плоскостью сдвига и развернутой зоной с параллельными границами, устанавливающие зависимость силы резания от геометрических параметров режущего клина, режимов и касательного напряжения в плоскости сдвига

Отличие разработанной методики заключается во введении в расчет сил косоугольного свободного и несвободного резания термомеханической модели, согласно которой напряжение в плоскости сдвига в условиях сложного напряженно-деформированного состояния не определяется только механическими характеристиками обрабатываемого материала, полученными при стандартных статических условиях

В настоящей работе общий вид зависимости интенсивности напряжений а, в условной плоскости сдвига от уровня интенсивности деформации £,, скорости деформирования е, и температуры в плоскости сдвига ва принимается согласно модели Джонсона-Кука, и записывается в безразмерном виде с использованием критериев подобия следующим образом

яа =<тг/<гт=А(1 + /Зе")

- \ х < е1

V ею

1-

\т

V

(8)

где А, /3,С,П,т - эмпирические константы, / ¿о - скорость интенсивности пластической деформации, приведенная к базовой скорости пластической деформации

в = ®/Тпч - безразмерная температура в зоне резания,

Оо ~ Т(/ Тпч - безразмерная температура окружающей среды

Важным преимуществом, позволяющим повысить точность определения интенсивности напряжений, является возможность расчета

средней температуры деформации ^ с помощью разработанной методики, изложенной во второй главе

Эмпирические константы А,р,п,с,т определяются с помощью различных математических методов и являются общими для пары «инструментальный/обрабатываемый материалы» Разработана методика и программное обеспечение для идентификации параметров модели при расчете напряжений в плоскости сдвига на основе экспериментов по прямоугольному резанию исследуемого обрабатываемого материала Полученные коэффициенты используются для нахождения интенсивности напряжений при определении сил резания при токарной обработке инструментом со сложной геометрией

Предложенная методика позволяет определять следующие геометрические параметры косоугольного резания угол трения, угол наклона плоскости сдвига и усадка стружки, измерение или расчет которых по известным методикам затруднен шги вовсе невозможен

Использованный в работе подход основан на применении методов подобия термомеханических процессов пластического деформирования при резании Предполагается, что процессы пластического деформирования при резании будут подобны, если выполняется равенство трех критериев подобия интенсивности деформации в условной плоскости

сдвига - линейной или угловой ¥■>, относительной скорости деформирования (отнесенной к скорости деформирования базового процесса)

Уя/ - в /Т

/ УБй И относительнои температуры « 11 пл.

18

В качестве базового процесса для сравнения используется процесс прямоугольного свободного резания, для которого силовые и геометрические параметры усадка стружки, угол трения, угол наклона плоскости сдвига и т д, определены экспериментально или посчитаны по известным формулам Поскольку подобие процессов пластического деформирования предполагает равенство геометрических параметров в плоскости сдвига для процессов косоугольного свободного или несвободного резания и базового, то для расчета сил косоугольного резания недостающие параметры угол трения, угол наклона плоскости сдвига и усадку стружки, берем из подобного ему процесса прямоугольного резания

Силы косоугольного свободного резания рассчитываются по формулам (9)

7bh {cos вп + tg вг tg г)

Pf

1"7

(cos

(вп +Фи)соэФг +tg&l этФг jsmfi>n Tbhsm8n -Ф„)со8Фг +tgfft sin<l

fbh (tg &l — cos Byitgi)

Pz=Pv

„ „ „ „ rbhsmdy,

Pv =-Pr sin<p+Pf cosip, где Pf =t-;-г-u-7-, (9)

J J lcos(0„ +Ф„)С08Фг +tg&l sin®, Jcosisin®„

Px = Pr cos<p + Pj sm(9

г (со8(б>и + Фи)созФг+?£б>,зтФг)зи1Фп Погрешность при использовании разработанной методики не превышает 10% для острозаточенного инструмента и 30% для инструмента с фаской износа по задней поверхности более 0,3 мм, что позволяет сделать вывод об адекватности разработанных методик

С помощью предложенной методики расчета составляющих силы резания была проведена проверка правильности расчета напряжений в плоскости сдвига, определяющих точность расчета средней температуры деформации Для этого полученные по методике, описанной в главе 2,

значения подставлялись в формулы для расчета сил (9) Показано, что полученные таким образом значения составляющих силы резания отличаются от экспериментально полученных не более чем на 10-12%

Для определения сил резания при токарной обработке инструментом с СМП в условиях несвободного косоугольного резания используется метод расчета удельных сил резания на каждом элементарном участке режущей кромки инструмента Суммарные составляющие силы резания вычисляются путем численного интегрирования по длине режу-щей-кромки, находящейся в контакте с обрабатываемым материалом

Рх = '\Kj fSndl, Ру )кгт8пЛ, Р2 = \KfSJl. (10)

ооо где Кр Кг , К-1 — удельные коэффициенты силы резания в направлении

подачи, радиальном и окружном соответственно, которые могут быть определены с использованием усадки стружки, угла трения и угла наклона плоскости сдвига, рассчитанных для подобного процесса прямоугольного свободного резания, Т — касательное напряжение в плоскости сдвига, определяется по термо-механической модели (8), Бп — приведенная толщина срезаемого слоя, которая определяется в плоскости резания по нормали к режущей кромке

Рассмотрены различные геометрии режущего инструмента и варианты вычисления геометрических параметров срезаемого слоя в зависимость от соотношений, подачи Б о, глубины резания углов в плане <р, радиуса в плане г и т д , а также случай торцевого точения с постоянной скоростью резания и контурного точения инструментом с радиусной режущей кромкой

Разработанная методика расчета сил резания позволяет учесть влияние высоты фаски износа Ь3 по задней грани на составляющие сил резания Суммарные значения составляющих силы резания (11) определяются сложением составляющих, определенных для острозаточенного инструмента, и составляющих сил взаимодействия по задней грани инструмента При этом силы взаимодействия по задней грани (12) считаются пропорциональными площади контакта по задней грани и напря-

20

жению, определяемому с помощью термомеханической модели пластического деформирования (8)

=Р20 + Рг\> Рх& = РхО + Рх\> РуЪ = РуО+Ру\ (11)

Для случая прямоугольного резания силы взаимодействия по задней грани определяются как

Рг1 =— ткдЬ^щ Бта + соза),^ =— этан-сова) (]2)

где /И] — коэффициент трения по задней грани, р

при 50=0, ¿,«0,75-0,8

Рх0

Для расчета составляющих сил косоугольного резания по задней грани с учетом фаски износа используются формулы (11, 12) полученные для прямоугольного резания

Результаты расчета составляющих силы свободного и несвободного косоугольного резания представлены на рис 3 Погрешность расчета сил косоугольного несвободного резания при использовании этой методики не превышает 15% для острозаточенного инструмента и 35% для инструмента с фаской износа по задней поверхности более 0,3 мм Для представленного примера модель расчета интенсивности напряжений в плоскости сдвига для данной пары «инструментальный/обрабатываемый материал» имела вид

ч 0,8045"

а =850

1+2,995(в,)

0,0942

1+0,33341п

С — Л

5.

1-

в-в.

1-е,

о

В четвертой главе рассмотрены вопросы создания многопарамет-ровой автоматизированной системы измерения параметров физических явлений в процессе резания При проектировании системы резание рассматривалось как совокупность сложных процессов включающих пространственное перемещения инструмента и заготовки, длительность которых изменяется от нескольких часов до тысячных долей секунды, ав-

токолебания элементов технологической системы с диапазоном от 10"1 до 2,5*10 5 с, пластическая деформация, разрушение и трение на контактных поверхностях соответственно 105- 107с

Р/эксл-ер} -Рх(зкспбр)-Ру{зкспер) — Рг(экспер)

--р{расчет)---Р*( расчет)---Ру(рзсч^т) — Рг(расчвт)

Сипа реззния

а)

15 50 25 30 35

Скорость резания V (к/мик]

{—Р{экепер} —4— Рх(зкспер> —«—Ру(зкепер) —«—Рг(зкспвр) { Р(расчег) - Рэфасчег) - Ру?расчет) Рг(раечет:}

Сипьг реззкия Р, [Н]

0? 015 0 2 0.25 0 3 0

Износ по задней поверхности ЬЗ [мм]

б)

—Р{зкспер} » Рх{э*сп©р) а- Ру^эксгизр) « Рг(эк«1ер) —;—Р{раечет) - - - Ркдаасчет) - - - ^расчет} —~ Рг( расчет)

Снлы резания Р, [Н]

014 С 16 03& 02 022 024 3 26 0ч2б 03 0,32 Износ по аадяйй пав«$?>снест$* ^3, £ммЗ

в) г)

Рис 3 Сравнение расчетных значений составляющих силы косоугольного резания с экспериментальными значениями свободное косоугольное резание (а) и несвободное косоугольное резание (в) без учета сил на фаске износа, свободное косоугольное (б) и несвободное косоугольное (г) резание с учетом сил на фаске износа V = 25 м/мин, 8—0,1 мм/об Обрабатываемый материал жаропрочный никелевый сплав ХН73МБТЮ, инструментальный материал 1С907

Для получения текущей информации о резании и состоянии режущего инструмента используются измерения параметров различных физических явлений при условии, что их амплитудные и временные характеристики соответствуют характеристикам процесса На основе результатов исследований процессов резания, режущих инструментов с упрочняющими покрытиями, СОТС и др создана многопараметровая автоматизированная система измерения параметров физических явлений в процессе резания

В состав системы входят (рис 4) измеритель сигналов акустической эмиссии, измеритель составляющих силы резания, трехканапьный измеритель вибраций, многоканальный аналого-цифровой преобразователь, персональный компьютер и программное обеспечение приема и обработки данных Система принимает аналоговые сигналы, преобразует их в цифровой вид, передает их по цифровому каналу в персональный компьютер, где полученная информация сохраняется и обрабатывается При разработке предусмотрена возможность расширить количество входных аналоговых каналов

Перечень и основные характеристики набора датчиков приведены в табл 1 Прием данных осуществляется одновременно от нескольких источников, но при этом общее число каналов не может быть более 16-ти Дискретность преобразования составляет 14 разрядов Максимальный поток данных составляет 6 Мбайт/с

Универсальный модуль сбора данных (УМСД) обеспечивает максимальную скорость 3 млн преобразований в секунду В дополнение к вводу аналоговых сигналов модуль имеет возможность осуществлять ввод/вывод цифровых сигналов Он ориентирован на использование элементов измерительной аппаратуры в производственных условиях, моделирование устройств контроля и управления технологическими объектами Помимо специализированного программного обеспечения УМСД может работать под управлением интегрированного пакета

Lab VIEW фирмы National Instruments (CIIIA)

В стенде использован персональный компьютер, имеющий процессор с частотой не менее 2 ГГц, оперативную память не менее 512 МБ, жесткий диск не менее 80 ГБ, интерфейс USB 2 0 Операционная система Windows ХР Измерительные устройства выполнены в виде отдельных модулей и объединены в один конструктивный блок Габариты блока 520 х 360 х 180 мм, масса 10 кг Условия эксплуатации системы соответствуют группе I ГОСТ 21 556-76 при температуре от +10° до +30° С, относительной влажности воздуха от 40 до 80 %, атмосферном давлении от 630 до 800 мм рт ст

Программное обеспечение (ПО) многопараметровой измерительной системы процесса резания разрабатывалось с учетом возможности решения широкого круга задач от проведение технологических исследований до имитации системы контроля состояния процесса резания и инструмента Основная концепция ПО заключается в установлении связи между измеряемыми в реальном времени косвенными параметрами процесса резания и множеством его определяющих технологических факторов ПО состоит из базы данных содержащей параметры процесса резания, программы приема и обработки данных Структура программного обеспечения многопараметровой измерительной системы в процессе резания приведена на рис 5

Рис 4 Функциональная схема автоматизированного стенда

Поток цифровых отсчетов от внешних измерительных устройств передается по интерфейсу USB 2 0 в персональный компьютер и размещается фиксированными блоками в оперативной памяти После выполнения программной проверки корректности принятых данных и при условии отсутствия в них ошибок блок отсчетов сохраняется в постоянной памяти компьютера (на жестком диске) в файле данных эксперимента Далее при наличии свободных вычислительных ресурсов выполняются в реальном времени ряд задач по обработке принятых данных, к которым могут относиться визуализация в виде графиков или диаграмм, допусковый контроль итд

Таблица 1

Характеристики датчиков, используемых в стенде

№ Наименование Количество каналов Полоса частот, кГц

1 Динамометр УДМ 100 (600) 3 0,5

2 Измеритель вибрации 3 15

3 Измеритель акустической эмиссии, амплитуда 1 900

По мере заполнения оперативной памяти компьютера или завершения выполнения задач реального времени блок отсчетов в оперативной памяти уничтожается и на его место записывается новый

Описание эксперимента, режимы работы измерительной аппаратуры, тарировочные коэффициенты, перечень и приоритеты выполняемых задач реального времени сохраняются в базе данных в разделе «Условия эксперимента» В процессе предварительной обработки сохраненные экспериментальные данные разбиваются на фрагменты так что бы определенному фрагменту соответствовало определенное значение того или иного технологического фактора заданного в эксперименте После чего статистические характеристики фрагмента экспериментальных данных и значения технологических факторов заносятся в раздел базы данных «Технологические параметры»

Измерительные устройства

Рис 5 Структура интегрированного программного обеспечения многопараметровой измерительной системы в процессе резания

Пятая глава диссертации посвящена разработке математической термосиловой модели расчета времени работы режущего инструмента до выбранного критерия отказа при заданных условиях на основе анализа взаимодействия сил, температур, а также интенсивности изнашивания контактных поверхностей инструмента

Показано, что в процессе резания инструмент находится в условиях сложного напряженного состояния и, несмотря на то, что интенсивность напряжений не превосходит предела прочности инструментального материала, в зоне контакта на поверхности режущей кромки могут накапливаться микроповреждения, которые приводят к износу инструмента, выкрашиванию, пластическому деформированию режущего

лезвия и т д В результате инструмент теряет свою работоспособность, т е способность выполнять свои функции при заданных ограничениях Время потери инструментом работоспособности определяется действующими на него напряжениями и температурами

При построении математической модели стойкости режущего инструмента влияние термосиловых процессов на изнашивание инструмента при резании определяется методами оценки поврежденности при многоцикловом нагружении и линейным суммированием повреждений контактных поверхностей инструмента Возможность использования линейного закона суммирования повреждений при анализе изнашивания и стойкости режущего инструмента была подтверждена В М Ярослав-цевым, А А Барзовым и В П Логиновым

Интенсивность изнашивания контактных поверхностей инструмента I, может быть представлена как сумма интенсивностей, вызванных усталостным накоплением поврежденности под действием напряжений и температур

Поскольку напряжения на контактных поверхностях инструмента пропорциональны действующим силам резания Р, будем считать, что интенсивность износа, вызванная усталостным накоплением повреждений Л/, так же, как при оценке длительной прочности при циклических нагрузках, может быть представлена в виде степенной зависимости

где г- эмпирический коэффициент пропорциональности, определяемый для заданной пары «инструментальный/обрабатываемый материал»

Р — Р/Р0 - безразмерная сила резания, определяемая отношением результирующей силы резания Р к значению силы резания Рц при точении с нулевой толщиной срезаемого слоя неизношенным инструментом

Интенсивность изнашивания инструмента при высоких температурах, характерных для адгезионного, диффузионного и других видов изнашивания 112 представим зависимостью, пропорциональной силе резания и экспоненциально зависящей от температуры

1Г2~РехраГ

где а - коэффициент, пропорциональный энергии активации доминирующих процессов, вызванных температурой Т на поверхностях контакта инструмента с заготовкой

Т = Т/Тш - безразмерная температура, определяемая отношением температуры на контактирующих поверхностях Т к значению температуры плавления Тт.

Таким образом, суммарная интенсивность изнашивания контактных поверхностей инструмента //

где Я - эмпирический коэффициент, определяемый для заданного обрабатываемого материала

Изменение сил резания и температуры контактирующих поверхностей происходит как вследствие изменения режимов резания, так и за счет изменения геометрии режущего клина при износе

Введем понятие меры износа к в данный момент времени, характеризующей накопленную поврежденность изнашиваемой контактной поверхности инструмента в результате воздействия сил резания и температур - отношение износа инструмента в данный момент времени к принятому критерию его отказа По этому определению в начальный момент резания, когда инструмент острозаточен, к=0, и к=1, когда инст-

румент достигает допустимой величины износа в соответствии с принятым критерием затупления Общий износ за время работы инструмента, используя метод накопления повреждений, можно найги при помощи суммирования элементарных износов, вызванных воздействием сил и температур, действующих на бесконечно малом отрезке времени А

*(0= \/№\т{№

о

или

к = АР, Т, (14)

где г = номер отрезка времени, на котором определяется мгновенное значение интенсивности изнашивания, п - число отрезков

Тогда стойкость инструмента ( в зависимость от действующих сил и температур на контактных поверхностях инструмента при заданном критерии износа инструмента можно представить в виде

п к к

¿ = ДУ-1-дг, где к, =

^г + ^г ехР ^ ( }

В зависимости (14) — безразмерная сила резания, Тг — гомологическая температура на контактной поверхности инструмента в интервале времени где эти значения силы и температуры можно считать постоянными

Функция (14) представляет собой предельную поверхность в области параметров Р, Т и t (рис 6), характеризующую потерю инструментом работоспособности, соответствующей заданной предельной величине его износа Т е при изменении параметров в процессе обработки накапливаются повреждения, пропорциональные интенсивности износа, и при достижении функцией поврежденности /с (14) ее предельной величины ко работоспособность инструмента будет исчерпана Время, за которое система

достигнет величины поврежденности к=ко, и есть стойкость инструмента

29

1200

200 400 у 600 800 1000

в)

800 1000

Г)

Рис. 6. а) Поверхность, позволяющая оценить потери работоспособности инструмента в условиях изменения напря женного состояния под действием силовых нагрузок с учетом температуры резания; сечения поверхности линиями уровня с одним и тем же точением температуры (б), силы резания (в) и стойкости (г), полученные при обработке резанием никелевого става ХН73МБТЮ инструментом из твердого става ВКЮХОМ. Коэффициенты модели стойкости. Я~3,]*Ю, а -О, 0332, г~4,1

Эмпирические параметры разработанной модели определяются с номошыо сил резания и температур, полученных при продольном точении деталей.

Для решения инженерных задач с помощью предложенной модели силы резания Р могут быть экспериментально получены или рассчитаны но методике, описанной л главе 3, а температуры на поверхности инст-

румента, износ которой является превалирующим, рассчитываются по методике, описанной в главе 2

При этом проводятся стойкостные испытания, на которых измеряются значения высоты фаски износа по задней грани, накопленные за время обработки

Поверхность позволяет проанализировать влияние Р, 7", и / Очевидно, что наибольшее влияние на износ инструмента оказывает сила резания, при увеличении которой, скорость изнашивания быстро растет На рис 6 показаны сечения поверхности линиями уровня с одним и тем же значением температуры (б), силы резания (в) и стойкости (г) Таким образом, можно сделать вывод о том, какие силы и температуры надо поддерживать, чтобы обеспечивать заданное время работы инструмента для определенной пары «инструментальный/обрабатываемый материал»

Расчеты стойкости инструмента, проведенные с использованием модели (15) (рис 7) доказывают правильность предположения о виде функции интенсивности изнашивания Исследование влияния режимов резания на время работы инструмента до заданного критерия отказа было проведено для разных обрабатываемых и инструментальных материалов и разных геометрий инструмента Показано, что погрешность расчета не превышает 20% (рис 76), что доказывает адекватность предложенной модели для расчета времени работы инструмента

Показано, что в действительности интенсивность изнашивания в процессе резания не является постоянной величиной, как это было принято большинством исследователей, а постоянно меняется Можно определять область изменения интенсивности изнашивания инструмента, задавшись максимально допустимым износом инструмента и минимальным, достигнутым по окончании периода приработки (рис 7а) Измеренная интенсивность изнашивания Кэксп попадает в диапазон между максимальной и минимальной интенсивностями

- Il(ha»a 2!

при fts=o 3 n ™ » - зкслериаектаявяо яолуч

13 ia 23 as зз Скорость резания V, [м мин]

a)

Скорость резания V, [м/мин] б)

Рис 7 Результаты расчета интенсивности изнашивания твердосплавного инструмента, оснащенного СМП с геометрией а=7°, у=9°, <р=95°,Я=0,8 мм, 1=0°, <р1=32 при точении никелевого сплава ХН73МБТЮ а) диапазон изменения интенсивности износа [Йтах,и,тп] на разных скоростях резания, б) сравнение расчетного времени работы инструмента с экспериментально полученным

На рис 8а представлен пример сравнения двух твердосплавных инструментов с разной геометрией при точении сплава ХН73МБТЮ На рис 86 показаны сечения поверхности линиями уровня с одним и тем же значением стойкости Так для инструмента из сплава IC907 стойкость 15 мин при точении никелевого сплава ХН73МБТЮ можно обеспечить при поддержании силы резания на уровне 175 ОН при условии, что температура на задней поверхности инструмента не превысит 650°С

При дальнейшем повышении температуры, например, вследствие увеличения площадки контакта инструмента с заготовкой, необходимо снижать силу резания в соответствии с графиком (рис 86), изменяя режимы резания

а) б)

Рис. Н. Сравнение режущих инструментов, оснащенных СМИ ич твердых сплавов IC907 и BK1Q-XOM при точении никелевого сплава ХН73МВТЮ: а) соотношение сйл резания. температуры на задней поверхности инструмента и времени его работы, б) взаимосвязь Силы резания и температуры на задней поверхности инструмента при заданной стойкости 15 мин. 30 мин и 60 мин. 1С907 обозначен ВК1 (ЖОМ обозначен

(0)

Па осноцё методик расчета сил и температур в зоне резаная, рассмотренных в глаВах 2 и 3, а также математической модели стойкости режущего инструмента предложен алгоритм функционирования информационной системы по вый ору режимов резания, включающий алгоритм формирования базы данных по процессам прямоугольного резания {рис. 9) и непосредственно алгоритм назначения оптимальных режимов резания (рис. 10).

Согласно разработанному алгоритму, методика формирования базы данных для расчета эффективных режимов резания выглядит так:

1. Имея Определенный набор исходных данных, следует сначала проводить эксперименты по свободному прямоугольному точению С МП с различными углами у с измерением сил резания и усадки стружки, а также регистрацией сигнала акустической эмиссии {ЛЭ).

2. Затем необходимо получить функцию корреляции сигнала ЛЭ с

интенсивностью износа и выбрать параметр АЭ, наиболее точно описывающий зависимость интенсивности изнашивания от режимов резания Далее на основе анализа зависимости параметра АЭ от режимов резания выбирается так называемый диапазон эффективных режимов резания

Г^ОПТ? Укр]

3 Рассчитать средние температуры в условной плоскости сдвига

вд и на контактных поверхностях инструмента и вп> параметры модели интенсивности напряжений Л,р,п,с,т, а также определить критерии подобия для каждой комбинации режимов резания и геометрии инструмента

4 Определить количество стойкостных экспериментов, необходимых и достаточных для построения математической модели стойкости инструмента в заданной области термосиловых параметров процесса резания и согласно построенному плану эксперимента провести стойкост-ные испытания инструментов с измерением параметров износа для определения коэффициентов модели стойкости инструмента Я, г, а

Полученные коэффициенты являются общими для пары «инструментальный/обрабатываемый материал» и заносятся в базу данных (БД) Также в БД заносятся коэффициенты модели интенсивности напряжений А,р,п,с,т, значения критериев подобия и зависимость усадки стружки от геометрии СМП и режимов резания

Методика назначения оптимальных режимов резания с использованием сформированной БД (рис 9)

1 Для заданных условий технологической операции резания рассчитать температуры деформации, температуры на передней и задней поверхностях инструмента для всего диапазона режимов резания

2 Рассчитать критерии подобия процесса косоугольного несвободного резания через заданные в начальном приближении значения угла трения, усадки стружки и угла наклона плоскости сдвига при косо-

угольном резании, и по ним в БД найти процесс прямоугольного резания, подобный рассчитываемому процессу по условиям пластического деформирования Геометрические характеристики (угол трения, усадка стружки и угол наклона плоскости сдвига) этого подобного прямоугольного процесса используются далее для расчета интенсивности напряжений в зоне резания и сил косоугольного несвободного резания

3 Рассчитать интенсивность касательных напряжений в зоне резания, силы и температуры косоугольного несвободного резания Затем рассчитать стойкость инструмента для всего диапазона режимов резания с использованием модели стойкости (15), коэффициенты которой уже имеются в БД для данной пары «инструментальный /обрабатываемый материал»

4 Полученная функция стойкости оптимизируется с учетом заданных критериев себестоимости, производительности и качества обработки, и определяются режимы резания, соответствующие оптимальной стойкости инструмента

Разработанная методика может быть использована и в случае, когда возбуждаются вибрации инструмента или детали при обработке С помощью введения коэффициента динамичности, определяемого по амплитуде и частоте вибрации можно учесть изменение стойкости Этот коэффициент может быть подсчитан как отношение пути пройденного при вибрационном режиме к пути при стационарном движении Однако для его определения необходимо контролировать значения амплитуды и частоты колебаний инструмента и детали, что представляет собой отдельную трудоемкую задачу

В шестой главе диссертации представлены результаты промышленной реализации более чем двадцатилетнего этапа развития и внедрения многопараметровых измерительных стендов и методов оптимизации технологических условий резания жаропрочных сплавов

Исследования процессов обработки резанием проводились по направлениям выбора марок порошковых быстрорежущих сталей, твердых сплавов, керамических и сверхтвердых материалов, геометрии и формы СМП инструмента, смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС) и разработки технологических рекомендаций по их эффективному применению на предприятиях авиационного двигателестроения

Создание средств измерений физических параметров процесса резания и диагностики инструмента, позволяющих в 20 и более раз сократить трудоемкость и повысить объективность экспериментальных исследований, начиналось с аналоговых устройств приема и обработки измеренных данных Созданные многопараметровые измерительные стенды с различными характеристиками, удовлетворяющими требованиям заказчика, были внедрены во ФГУП ВНИИТС, ОАО Автоваз, ОАО НИ-АТ, «ФГУП «ММПП «Салют», МГТУ «Станкин», НИИД

Первые результаты применения методов и средств диагностики интенсивности изнашивания режущего инструмента были получены при оценке режущих свойств новых порошковых быстрорежущих сталей Р9М4К8-МП, Р6М5К5-МП, Р12МЗК5Ф2-МП при обработке никелевых и титановых сплавов, проводимых НИИД по целевой программе для предприятий отрасли

С помощью многопараметровой автоматизированной системы измерений и диагностики на ФГУП «ММПП «Салют» была проведена оценка режущих свойств новых порошковых быстрорежущих сталей фирм «ERASTEEL» (Швеция), «Thussen Krupp» (Германия) по сравнению со сталями, разработанными УкрНИИспецсталь (Украина), лучшие из которых внедрены на предприятии

Работы, проведенные с участием автора и другими участниками по созданию технологии ионного азотирования быстрорежущего инструмента, позволившие повысить стойкость инструмента в 2-4 раза, были удостоены премии Совета Министров СССР

Влж! Неодимедашп.к отерационнаякгфтаобработкидетали

Марка обрабатываемог о материала и его механические свойства с=т ЯР, Тш. Марка инструментального материала, геометрия СМИ, критерий отказа инструмента.. Рид обработки рыанием; оборудование, закрепление заготовки, базирование.

и

Блок2

Экснфювнтальны? исследования

Свободное прямоугольное точение С МП с различной геометрией с измерением сил резания и усадки стружки, а. также рнчк:1рацией сигнала АЭ.

И

I

. Укиит

I И 26 24 Зй 44 лА

Построениезависимоститраштров АЭ

от режимов резания РМ!>(Ю=ЯЮ и определение диапазона эффективны*' Режимов ре пмяя с помощью анализа сигнала АЭ

Ж

Расчет гтрмзшхскчнвааа трааяероспш хны рехшя

1) Средние температуры в плоскости сдвига й и на задней поверхности в,

2) Расчет параметров модели для расчета интенсивности напряжений ^.

3) Расчет критериев подобия дояшдай комбинации режимов резания.

Проведение стойкостньк испытаний с измерением параметров взноса и сил резания в диапазоне скоростей Уч,]

Пиггрееяке модели сгоякогти инструмента

га

ЗШ где к, =

База дошы'с. содержащая коэффициенты. модели напряжений А, /}, п,с, т , коэффициенты! модели стойкости Я, г, гл значения критериев подобия, зависимость усадки стружки от г еямщрии СМП и режшлов резания.

Рис. 9 Структура построения вам данных для процессов прямоугольного резания

Условия теэдвдовд ич&гаой (яшрацви резания

Группа обрабатываемых мате риалов марка обрабатываемого материала

и его механические свойства; Зь^ТСО*

НВ, Тпл

Группа инструментальных материалов. марка инструментального материала, геометрия СМП, критерии отказа инструмента

Группа технологических пронес сов резания вид обработки резанием; оборудование, закрепление заготовки, базирование

Расчет по статическим термо механике к им моделям

Быбор представителей групп о браб атые аемь к и инструмент алчных материалов, процессов резания

Расчет температуры деформации, температуры на передней и задней поверхностях инструмента для всего диапазона режимов резания

Расчет напрюкений в плоскости сдвига по термомеханичеекой модели с коэффициентами, рассчитанными для данной пары ИМ/ОМ при прямоугольном резании

Расчет критериев подобия и выбор по ним подобного процесса прямоугольного резания из базы данных

Расчет сип резания для всего диапазона режимов обработки с использованием значений угла трения, угла наклона плоскости сдвига и усадки стружки из подобного процесса прямоугольного резания

N

Пя строй КНР ф \'Я КНИ М С I ПИ ГМИ'ТН

инструмента ^ттергиоси^голых ¡ара* гернсткк б зоне резания

Расчет стойкости инструмента дня ьсего дманезона режимов резания с использованием модели стойкости

* = + Р1ехраГ •

построение иис^ши^шсилц. *

1Ш>

и

7Ю Г в50~8М Р

Запрос подсистемы САПР на режимы операции резанкя

V4-

V

>ч IX

ОпТИМШаЦНЯ фуИКЦИН стойкости I ~/(Р, Г) с учетом заданных критериев себестоимости, производительности н качества обработки

На?.о:«денн& скорости, подачи н глубины резания, соответствующих оптимальной стойкости инструмента при заданные □рганвдениях себестоимости, ТТр ОИЗБ одитапьности обрзб 7М1 или качества обработанной поверхности

Рис. 10. Структура информационной системы по выбору режимов резания

Диагностические методы и автоматизированные средства для оценки изнашивания инструмента были применены в целевой программе по выбору эффективных водоэмульсионных СОТС для лезвийной обработки никелевых и титановых сплавов, проводимых НИИД Испы-тывались СОТС марок Аквол-1, Карбомол-Э1, Аквол-11, ЭГТ, Аквол-14, РЗСОЖ-8, Укринол Наиболее эффективные СОТС внедрены в производство Разработанный термосиловой метод оценки позволил с большей точностью установить технологические возможности СОТС, чем их традиционная оценка по износу режущего инструмента

Под научным руководством автора была выполнена работа по исследованию влияния геометрии режущей части инструмента на интенсивность изнашивания с применением многопараметрового стенда в ОАО ВНИИТС Были определены оптимальные передние углы и передняя поверхность режущего инструмента с криволинейным профилем, стойкость которого по сравнению с обычными напайными твердосплавными инструментами с плоской заточкой повысилась от 2-х до 4-х раз Инструменты с профилированной передней поверхностью были внедрены на двух предприятиях отрасли

К этому периоду относятся исследования, проведенные в НИИД по разработке новых сверхтвердых материалов (СТМ) для токарной обработки Благодаря исследованиям инструменты из СТМ были внедрены в производство при окончательной обработке дисков турбины, что позволило повысить производительность обработки в 20 раз

С 1999 года начались систематические испытания инструментов отечественного и импортного производства Лидирующее положение по испытаниям режущего инструмента, оснащенных твердосплавными СМП, занял ФГУП «ММ1Ш «Салют» Проведены сравнительные лабораторные испытания и производственные испытания инструментов производства ведущих фирм На основании результатов испытаний были внедрены в производство лучшие по своим режущим свойствам инстру-

менты, оснащенные СМП, обеспечивающие повышение стойкости по сравнению с паяными инструментами в 3 - 5 раз, а скорости резания - в 1,5-2 раза

Разработанное информационно-технологическое обеспечение автоматизированной системы подготовки механообрабатывающего позволило осуществить переход от традиционных практических рекомендаций в форме нормативов режимов резания, представляемых обычно в виде таблиц или степенных эмпирических формул, к программам анализа процесса резания на основе измерений и математического моделирования

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1 В результате выполненных теоретических и экспериментальных исследований получено значительное сокращение трудоемкости и материалоемкости экспериментальных работ при выборе режимов резания жаропрочных титановых и никелевых сплавов за счет применения разработанных методов термосилового моделирования и автоматизированных средств измерений

2 Выявленное влияние фактических значений предела прочности от температуры, полученных при испытании жаропрочных сплавов при растяжении, на распределение температур по контактным поверхностям инструмента при резании позволило разработать методики и программы расчета касательных напряжений и температур на контактных поверхностях инструмента и учесть специфику изменения распределения этих температур при обработке резанием

3 Установленные физические критерии подобия (линейной или угловой интенсивности деформации в условной плоскости сдвига, скорости деформирования, отнесенной к скорости деформирования базового процесса, и температуры деформации, отнесенной к температуре плавления обрабатываемого материала) при заданной геометрии ре-

жущего инструмента и механических свойствах обрабатываемого материала определяют термомеханические условия пластического деформирования при свободном прямоугольном, косоугольном и несвободном косоугольном резании

4 Разработанная методика и программа расчета составляющих силы резания при несвободном косоугольном резании инструментами с различной геометрией основывается на соблюдении условий подобия процессов пластического деформирования при свободном прямоугольном и несвободном косоугольном резании Применение разработанного метода позволяет проводить расчет силы резания в зависимости от температуры в зоне резания при продольном, торцевом и контурном точении жаропрочных никелевых и титановых сплавов с учетом износа режущего инструмента

5 Установленная и экспериментально обоснованная зависимость стойкости режущего инструмента от действующих на контактных поверхностях режущего инструмента сил и температур при заданном критерии износа инструмента для пары «инструментальный - обрабатываемый материал» дала возможность рассчитать геометрию режущего инструмента и режимы резания для условий токарной обработки титановых и никелевых сплавов с учетом критериев себестоимости, производительности и качества обработанной поверхности без дополнительных экспериментальных исследований

6 На основании разработанных алгоритмов расчета температур на контактных поверхностях инструмента, составляющих силы резания, зависимости стойкости режущего инструмента от действующих сил и температур и многопараметровой системы измерений и обработки экспериментальных данных создана интегрированная программно-информационная система выбора режимов резания, геометрии инструмента, инструментальных материалов, упрочняющих покрытий, СОТС при резании жаропрочных никелевых и титановых сплавов

7 Результаты выполненных исследований в виде технологических рекомендаций, методических материалов, технических отчетов и программного обеспечения рекомендованы к внедрению в производство на ведущих предприятиях авиационной промышленности и используются в учебном процессе в МГТУ «СТАНКИН» и МГТУ им Н Э Баумана

8 На основании полученных результатов исследований и многолетних научных разработок методов и средств ускоренного выбора технологических условий обработки резанием жаропрочных титановых и никелевых сплавов на ФГУП «ММПП «Салют», ФГУП ВНИИТС, ОАО НИАТ, МГТУ «СТАНКИН», АВТОВАЗ были внедрены многопара-метровые автоматизированные стенды для измерения составляющих силы резания, вибраций и акустической эмиссии, удовлетворяющие по динамическим и временным характеристикам процессам, происходящим при резании

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Тутнов И А , Барзов А А , Горелов В.А., Голдобин Н Д , Кулагин А Ю, Ульянов А И Использование акустической эмиссии для совершенствования технологии изделий атомного машиностроения М Институт атомной энергии им ИВ Курчатова, 1981 -20 с

2 Горелов В.А., Подураев В Н , Барзов А А Технологическая диагностика резания методом акустической эмиссии М Машиностроение, 1988 -56 с

3 Барзов А А, Логинов В П , Горелов В.А., Галиновский А Л, Шашу-рин В Д Повышение надежности технологических процессов методами эмиссионной диагностики // Учебное пособие — М Изд-во МГТУ им НЭ Баумана, 2001 -30 с

4 Горелов В.А., Пестов Д А, Шелагуров М А Эффективность применения резцов, оснащенных сменными многогранными пластинами

при токарной обработке дисков ГТД // Актуальные проблемы технологии современного машиностроения Тез докладов НТК, посвященной 60-летию кафедры СМ-12 «Технологии ракетно-космического машиностроения» -М МГТУ им Баумана 2000 - С 10-12

5 Горелов В.А. Интегральная экспресс-оптимизация режимов точения сложнопрофильных деталей // Актуальные проблемы технологии современного машиностроения Тез докладов НТК, посвященной 60-летию кафедры СМ-12 «Технологии ракетно-космического машиностроения»-М МГТУ им Баумана, 2000 -С 15-16

6 Горелов В.А. Анализ нестационарности процесса механической обработки деталей ГТД // Актуальные проблемы технологии современного машиностроения Тез докладов НТК. посвященной 60-летию кафедры СМ-12 «Технологии ракетно-космического машиностроения»-М МГТУ им Баумана, 2000 -С 14-15

7 Горелов В.А., Кушнер В С О термомеханическом подходе к совершенствованию расчета характеристик процесса резания и интенсификации лезвийной обработки сплавов на никелевой основе // Вопросы механики и физики процессов резания и холодного пластического деформирования Сб науч Тр Института сверхтвердых материалов им ВН Бакуля НАН Украины, Киев, 2002 - С 93-103

8 Горелов В.А. Анализ многокоординатного резания методом акустической эмиссии //Актуальные проблемы машиностроения Материалы I Международной научно - технической конференции Владимир, 2001 - С 56-58

9 Горелов В.А., Безнин А С , Кушнер В С О влиянии условий термомеханического нагружения на напряжения и деформации режущего лезвия //Динамика систем механизмов и машин Материал IV Международной научно-технической конференции - Омск, 2002 - С 106-109

10 Горелов В.А. Совершенствование технологии обработки жаропрочных сплавов на основе теоретических методов диагностики процесса резания // Высокие технологии тенденции развития Мат XIIIМНТС в Алуште Харьков, 2003 - С 64-71

11 Горелов В.А., Кушнер В С Исследование влияния округления режущей кромки на температуры и силы резания при точении титановых сплавов // Резание и инструмент в технологических системах Меж науч -тех сборник - Харьков, 2003 - С 43-46

12 Поклад В А, Горелов В.А., Полоскин Ю В , Верещака А С , Хау-стова О Ю , Ахметзянов И Д Экологически безопасная технология резания Н Сборник трудов научно-технического симпозиума «Двигатели и экология» - Москва, 2000 — С 23-31

13 Верещака А С , Горелов В.А., Петухов А Н, Поклад А В , Полоскин Ю В , Хаустова О Ю Влияние условий экологически безопасного резания с охлаждением ионизированной газовой средой на качество поверхностного слоя и долговечность деталей // Сборник трудов научно-технического симпозиума «Двигатели и экология» -Москва, 2002 - С 25-32

14 Меркулова Н С , Горелов В.А Корреляция измерений поверхностных остаточных напряжений механическим и рентгеновским методом // Сборник докладов Международной научно-практической конференции «Качество поверхностного слоя деталей машин» - С -Петербург, 2003 -С 101-108

15 Харитонов В , Горелов В., Бурлаков И, Данилов В Ротационные методы получения заготовок деталей ГТД // Двигатель, 2002, №5(23) -С 8-12

16 Горелов В.А., Кушнер В С Термомеханический подход к исследованию процесса резания жаропрочных сплавов // Технология машиностроения - №9, 2005 - С 30-33

17 Кушнер ВС, Горелов В А., Безнин АС Сравнительный анализ особенностей токарной обработки жаропрочных сплавов и конструкционной стали на основе моделирования системы резания // Технология машиностроения -№1,2005 -С 15-19

18 Горелов В.А., Кушнер В С Влияние условий термо-механического нагружения на напряжения и деформации режущего лезвия // Справочник Инженерный журнал -№8,2005 -С 51-53

19 Горелов В.А. Кушнер В С Термомеханический анализ обработки резанием жаропрочных сплавов // Омский научный вестник - №7 (43), 2006 -С 71-74

20 Горелов В.А., Семенов В А, Шеметов МГ, Геранюшкин А В Многофункциональная система диагностики процессов резания и инструмента // Вестник машиностроения - №9, 2005 - С 22-24

21 Горелов В А. Автоматизированный многопараметровый стенд для экспресс-оптимизации режимов резания // Двигатель - № 5(47),

2006 - С 12-13

22 Горелов В.А. Разработка структуры информационной системы по выбору режимов обработки резанием жаропрочных сплавов // Автоматизация и современные технологии - №5, 2007 — С 24-27

23 Горелов В.А. Формирование баз данных для автоматизированного выбора режимов резания на основе термо-механической модели стойкости инструмента // Технология машиностроения - №3, 2007 -С 22-27

24 Горелов В.А. Информационное обеспечение автоматизированной технологической подготовки механообрабатывающего производства // Двигатель - № 1 (49), 2007 - С 2-3

25 Горелов В.А. Оценка работоспособности инструмента методами диагностики процессов резания // Контроль и диагностика - №5,

2007 -С 48-51

26 Горелов В.А. Разработка термомеханической модели процесса несвободного косоугольного резания инструментом, оснащенным СМП//Металлообработка -№2(38)2007 -С 9-14

27 Горелов В.А. Сравнительная оценка эксплуатационных свойств СОТС//Справочник Инженерный журнал -№5,2007 -С 9-13

28 Горелов В.А., Семенов В А , Чугрин Г В Устройство для измерения амплитуды АЭ в процессе резания //Ас СССР № 1349492, 001 N29/04, 11 07 85

29 Горелов В.А., Семенов В А , Чугрин Г В Способ контроля износа режущего инструмента //Ас СССР № 1408632, В23 В25/06, В23 015/00, 02 10 86

30 Горелов В.А., Семенов В А , Чугрин Г В Устройство для контроля состояния режущего инструмента, //Ас СССР № 1422837, 001 N3/58, 02 10 86

31 Акимочкин В П Барзов А А , Вдовин А А , Горелов В А., Повзун В П , Семенов В А Способ контроля износа инструмента и устройство для его осуществления //Ас СССР № 1389991, В23 015/00, В23 В49/00, 29 10 86

Подписано в печать 16 08 2007

Формат 60x90'/,6 Бумага 80 гр/м2 Гарнитура Times

Объем 2,75 п л Тираж 100 экз Заказ №

Отпечатано в Издательском Центре ГОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН» Лицензия на издательскую деятельность ЛР №01741 от 11 05 2000 127055, Москва, Вадковский пер , д За

Введение.

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР РАБОТ, НАПРАВЛЕННЫХ НА ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ АСТПП МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВОВ.

1.1. Автоматизация и повышения эффективности процессов обработки резанием.

1.1.1. Конструктивные и технологические особенности деталей из жаропрочных сплавов.

1.1.2. Технология обработки деталей на станках с ЧПУ, выбор режимов резания и СТО.

1.1.3. Основные способы повышения эффективности механообработки деталей из жаропрочных сплавов в автоматизированном производстве.

1.2. Современное состояние и проблемы информационного технологического обеспечения АСТПП.

1.3. Ускоренный выбор технологических условий процессов резания методами и средствами диагностики.

1.4. Повышение эффективности АСТПП на основе термосилового моделирования процессов резания.

1.4.1. Схематизация зоны деформации обрабатываемого материала при резании, соотношения скоростей и сил резания.

1.4.2. Математическое моделирование интенсивности напряжений в зоне резания.

1.4.3. Определение температуры деформации при резании.

1.4.4. Оценка изнашивания, деформации и разрушения режущего инструмента при резании.

1.5. Выводы по главе 1. Формулировка целей и задач исследования.

2. РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУР В ЗОНЕ РЕЗАНИЯ И НА КОНТАКТНЫХ ПОВЕРХНОСТЯХ ИНСТРУМЕНТА ПРИ ОБРАБОТКЕ ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВОВ С УЧЕТОМ ИЗНОСА ИНСТРУМЕНТА.

2.1. Разработка математической модели расчета температуры в зоне резания жаропрочных сплавов.

2.2. Разработка математической модели и алгоритма расчета температуры на передней поверхности инструмента при точении никелевых сплавов.

2.3. Разработка математической модели и алгоритма расчета температуры на задней поверхности застойной зоны и фаски износа при точении никелевых сплавов.

2.4. Особенности расчета температуры на передней и задней поверхностях инструмента при точении титановых сплавов.

2.5. Исследование влияния условий резания при точении жаропрочных сплавов на средние температуры контактных поверхностей и температуру в условной плоскости сдвига.

2.6. Выводы по главе 2.

3. РАСЧЕТ СОСТАВЛЯЮЩИХ СИЛЫ КОСОУГОЛЬНОГО НЕСВОБОДНОГО РЕЗАНИЯ С УЧЕТОМ ВЛИЯНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СРЕЗАЕМОГО СЛОЯ И ИЗНОСА РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА.

3.1. Алгоритм расчета механических характеристик процесса свободного прямоугольного резания на основе модели зоны резания с одной плоскостью сдвига.

3.1.1. Расчет термомеханических параметров прямоугольного резания.

3.1.2. Расчет сил свободного прямоугольного резания.

3.2. Алгоритм расчета механических характеристик процесса свободного косоугольного резания.

3.2.1. Геометрические параметры процесса свободного косоугольного резания.

3.2.2. Расчет сил свободного косоугольного резания.

3.3. Построение модели для расчета интенсивности напряжений в условной плоскости сдвига.

3.4. Применение методов теории подобия и размерности для анализа термомеханических параметров при резании.

3.5. Методика построения термомеханической зависимости интенсивности напряжений обрабатываемого материала в зоне резания от условий деформации и создания базы данных прямоугольного резания.

3.6. Исследование влияния износа режущего инструмента по задней грани на силы свободного прямоугольного резания.

3.7. Алгоритм расчета сил свободного косоугольного резания при продольном точении.

3.7.1. Расчет критериев подобия свободного косоугольного резания.

3.7.2. Расчета составляющих силы свободного косоугольного резания.

3.7.3. Исследование влияния износа режущего инструмента по задней грани на силы свободного косоугольного резания.

3.7.4. Сравнение рассчитанных значений сил свободного косоугольного резания с экспериментально полученными значениями.

3.8. Алгоритм расчета сил несвободного косоугольного резания.

3.8.1. Расчет составляющих силы косоугольного несвободного резания при продольном точении.

3.8.2. Геометрические параметры процесса несвободного косоугольного резания.

3.9. Алгоритм расчета сил при торцевом и контурном точении.

3.10. Сравнение рассчитанных значений сил несвободного косоугольного резания с экспериментально полученными значениями.

3.11. Разработка программного обеспечения для расчета составляющих силы несвободного косоугольного резания.

3.12. Выводы по главе 3.

4. РАЗРАБОТКА МНОГОПАРАМЕТРОВОЙ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ДИАГНОСТИКИ ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ.

4.1. Временные характеристики процесса резания.

4.2. Измерительная аппаратура.

4.2.1. Функциональная схема стенда.

4.2.2. Измеритель сигналов акустической эмиссии (АЭ).

4.2.3. Измеритель силовых параметров.

4.2.4. Трехканальный измеритель вибраций.

4.2.5. Универсальный модуль сбора данных.

4.3. Программное обеспечение.

4.3.1. Структура программного обеспечения.

4.3.2. База данных.

4.3.3. Программа приема данных.

4.3.4. Программа обработки данных.

4.3.5. Программа контроля состояния процесса резания.

4.4. Выводы по главе 4.

5. РАЗРАБОТКА СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОГО ИНФОМАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ АСТПП НА ОСНОВЕ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ФИЗИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ И ТЕРМОСИЛОВОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ РЕЗАНИЯ.

5.1. Построение термосиловой математической модели для расчета режущего инструмента на долговечность при циклическом нагружении под действием сил и температур резания.

5.2. Исследование интенсивности изнашивания режущего инструмента с применением метода акустической эмиссии.

5.2.1. Экспериментальное определение оптимальной скорости резания и интенсивности изнашивания инструмента при точении никелевых и титановых сплавов.

5.2.2. Выбор информативных параметров АЭ и интервалов их регистрации для оценки интенсивности изнашивания инструмента.

5.2.3. Разработка методики определения зависимости стойкости инструмента от режимов резания при заданном максимальном износе инструмента.

5.3. Расчет интенсивности изнашивания режущего инструмента с помощью термосиловой математической модели.

5.3.1. Экспериментальное определение коэффициентов термосиловой математической модели для расчета интенсивности изнашивания режущего инструмента.

5.3.2. Расчет времени работы инструмента и ширины фаски износа в конкретный момент времени с помощью термосиловой модели для расчета интенсивности изнашивания режущего инструмента.

5.3.3. Проверка адекватности термосиловой модели при расчете стойкости инструмента с новой геометрией.

5.4. Разработка специализированного информационно-технологического обеспечения АСТПП с использованием термосиловой модели для расчета интенсивности изнашивания режущего инструмента.

5.5. Выводы по главе 5.

6. ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЦЕССОВ ОБРАБОТКИ РЕЗАНИЕМ ПРИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКЕ ПРОИЗВОДСТВА ДЕТАЛЕЙ

Актуальность работы.

Современное производство наукоемкой продукции, как, например, изготовление газотурбинных двигателей (ГТД) для авиационной промышленности, судостроения, энергетических и газоперекачивающих установок, характеризуется большой номенклатурой выпускаемых на предприятии изделий. При необходимости изготовления или приобретения на производстве средств технологического оснащения (СТО) отечественных или зарубежных фирм технолог сталкивается с многофакторной задачей при проектировании технологического процесса. Имея в распоряжении ограниченное число исходных данных, необходимо определить СТО и режимы резания, обеспечивающие выполнение требований к качеству обработанной детали, максимальной производительности и минимальной себестоимости изготовления детали. С внедрением АСТПП и САПР неполная или некорректная исходная информация приводит к снижению качества обрабатываемой детали и к большому количеству доработок и наладок технологического процесса непосредственно в производственных условиях.

Интенсификация производства и повышение качества ГТД и ГТУ осуществляется на базе автоматизации и информационной поддержки всего жизненного цикла изделия от разработки проектно-конструкторской документации и технологии производства изделий до их испытаний и сервисного обслуживания. По-прежнему значительной долей в себестоимости разработок изделий остается технологическая подготовка производства, т.к. автоматизация и информационное обеспечение этого этапа имеет высокую трудоемкость из-за отсутствия необходимой технологической информации и, прежде всего, по режимам обработки резанием деталей из новых жаропрочных сплавов и по СТО.

Для производства современных и перспективных двигателей пятого поколения требуются новые сплавы с повышенными жаропрочными свойствами на никелевой и титановой основе. Технологические свойства этих сплавов, а также конструктивные и технологические особенности заготовок из них определяют повышенную трудоемкость процессов механической обработки, которая составляет более половины трудоемкости изготовления современного двигателя.

Актуальность этой проблемы также обусловлена тем, что в последние годы в технологии производства ГТД применяются высокопроизводительные многооперационные станки с ЧПУ, оснащенные инструментами с твердосплавными и керамическими сменными многогранными пластинами (СМП) как правило, импортного производства. Отсутствие технологической информации по режимам резания и стойкости инструмента при использовании новых инструментальных материалов, упрочняющих покрытий, форм СМП и СОТС для обработки резанием деталей из жаропрочных никелевых и титановых сплавов снижает эффективность технологической подготовки производства. Для выбора эффективных условий обработки деталей необходимо проведение трудоемких и материалоемких экспериментальных исследований по определению режимов резания и стойкости инструмента при проектировании конкретных операций (переходов) в технологических процессах.

Решению проблемы оптимизации режимов резания и стойкости инструмента посвящено большое количество научно-исследовательских работ. Отечественными и зарубежными учеными созданы научные школы и инженерные методики по определению режимов резания, в основе которых приняты различные методы исследований: эмпирические, теоретические, диагностические и метод подобия. Вместе с тем, применяемые в настоящее время методические материалы и нормативы на режимы резания и стойкости инструмента, выпущенные для предприятий отрасли более двадцати лет назад, не отражают современного уровня развития технологии и не могут являться информационной базой для автоматизированных систем технологической подготовки производства.

Научная новизна работы:

1. установленной количественной зависимости расчетной температуры контактных поверхностей режущего инструмента с фактическими значениями предела прочности жаропрочных титановых и никелевых сплавов от температуры их испытаний на растяжение;

2. установленных трех физических критериях подобия термомеханических процессов пластического деформирования при резании для расчета сил свободного и несвободного резания: линейной или угловой интенсивности деформации в условной плоскости сдвига, скорости деформирования, отнесенной к скорости деформирования базового процесса, и температуры деформации, отнесенной к температуре плавления обрабатываемого материала;

3. выявленной экспериментальной зависимости стойкости режущего инструмента от действующих сил и температур на контактных поверхностях режущего инструмента при заданном критерии износа инструмента для пары «инструментальный - обрабатываемый материал»;

4. разработанных алгоритмах применения термосиловых моделей и многопараметровой системы измерения и обработки экспериментальных данных, реализованных в виде интегрированного программного обеспечения, являющегося основой специализированной информационно-технологической базы АСТПП.

Практическая ценность работы заключается:

1. разработанных методиках и программах расчёта температур в зоне резания и контактных поверхностях инструмента с учётом его износа при токарной обработке деталей из никелевых и титановых сплавов.

2. разработанных методиках и программах для определения составляющих силы несвободного косоугольного резания острозаточенным и изношенным инструментом при продольном, торцевом и контурном точении и растачивании деталей из жаропрочных никелевых сплавов.

3. разработанных алгоритмах формирования баз данных, содержащих параметры модели расчёта напряжений, модели стойкости и интенсивности изнашивания режущего инструмента для пары «инструментальный - обрабатываемый материал», значения критериев подобия для различных режимов прямоугольного резания.

4. созданных и внедренных многопараметровых измерительных стендах, позволяющих получить оперативную и достоверную информацию о термосиловых и виброакустических параметрах процесса резания.

5. разработанных технологических рекомендациях по выбору режимов резания, режущих инструментов, оснащённых твёрдосплавн ыми и керамическими С МП и из инструментальных сталей, а также марок СОТС для различных условий обработки жаропрочных никелевых и титановых сплавов.

Реализация результатов работы.

Работы выполнялись в МГТУ «СТАНКИН» по межотраслевой научно-технической программе МАП СССР и Минвуза РСФСР «Авиационная технология», целевым программам отраслевого научно-исследовательского института технологии и организации производства двигателей (НИИД), программе ИАЭ им. И.В. Курчатова, МГТУ им. Н.Э. Баумана и ММЗ «Салют» и планам НИР «ФГУП «ММПП «Салют».

Работа представлена в виде методического, программно- информационного обеспечения, технологических рекомендаций и аппаратных многофункциональных диагностических комплексов для оптимизации условий резания и инструмента на «ФГУП ММПП «Салют», ФГУП ВНИИТС, ОАО НИАТ, МГТУ «Станкин», ОАО АВТОВАЗ.

12

Апробация работы.

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях и научно-технических симпозиумах: «Актуальные проблемы технологии современного машиностроения» (Москва, МГТУ им. Баумана, 2000), «Актуальные проблемы машиностроения» (I Международная конференция, Владимир, 2001), «Динамика систем механизмов и машин» (IV Международная конференция, Омск, 2002), «Высокие технологии: тенденции развития» (XIII Международная конференция, Алушта, 2003), «Резание и инструмент в технологических системах (Международная конференция, Харьков, 2003), «Качество поверхностного слоя деталей машин» (Международная конференция, Санкт-Петербург, 2003), «Двигатели и экология» (симпозиум, Москва, 2000 и 2002), «Актуальные проблемы Российской космонавтики» (XXXI чтения по космонавтике, Москва, 2007) и др.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 144 печатные работы, получено 12 авторских свидетельств на изобретения.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, 142 рисунков, 16 таблиц, общих выводов и списка использованной литературы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

1. В результате выполненных теоретических и экспериментальных исследований получено значительное сокращение трудоемкости и материалоемкости экспериментальных работ при выборе режимов резания жаропрочных титановых и никелевых сплавов за счет применения разработанных методов термосилового моделирования и автоматизированных средств измерений.

2. Выявленное влияние фактических значений предела прочности от температуры, полученных при испытании жаропрочных сплавов при растяжении, на распределение температур по контактным поверхностям инструмента при резании позволило разработать методики й программы расчета касательных напряжений и температур на контактных поверхностях инструмента и учесть специфику изменения распределения этих температур при обработке резанием.

3. Установленные физические критерии подобия (линейной или угловой интенсивности деформации в условной плоскости сдвига, скорости деформирования, отнесенной к скорости деформирования базового процесса, и температуры деформации, отнесенной к температуре плавления обрабатываемого материала) при заданной геометрии режущего инструмента и механических свойствах обрабатываемого материала определяют термомеханические условия пластического деформирования при свободном прямоугольном, косоугольном и несвободном косоугольном резании.

4. Разработанная методика и программа расчета составляющих силы резания при несвободном косоугольном резании инструментами с различной геометрией основывается на соблюдении условий подобия процессов пластического деформирования при свободном прямоугольном и несвободном косоугольном резании. Применение разработанного метода позволяет проводить расчет силы резания в зависимости от температуры в зоне резания при продольном, торцевом и контурном точении жаропрочных никелевых и титановых сплавов с учетом износа режущего инструмента.

5. Установленная и экспериментально обоснованная зависимость стойкости режущего инструмента от действующих на контактных поверхностях режущего инструмента сил и температур при заданном критерии износа инструмента для пары «инструментальный - обрабатываемый материал» дала возможность рассчитать геометрию режущего инструмента и режимы резания для условий токарной обработки титановых и никелевых сплавов с учетом критериев себестоимости, производительности и качества обработанной поверхности без дополнительных экспериментальных исследований.

6. На основании разработанных алгоритмов расчета температур на контактных поверхностях инструмента, составляющих силы резания, зависимости стойкости режущего инструмента от действующих сил и температур и многопа-раметровой системы измерений и обработки экспериментальных данных создана интегрированная программно-информационная система выбора режимов резания, геометрии инструмента, инструментальных материалов, упрочняющих покрытий, СОТС при резании жаропрочных никелевых и титановых сплавов.

7. Результаты выполненных исследований в виде технологических рекомендаций, методических материалов, технических отчетов и программного обеспечения рекомендованы к внедрению в производство на ведущих предприятиях авиационной промышленности и используются в учебном процессе в МГТУ «СТАНКИН» и МГТУ им. Н.Э. Баумана.

8. На основании полученных результатов исследований и многолетних научных разработок методов и средств ускоренного выбора технологических условий обработки резанием жаропрочных титановых и никелевых сплавов на ФГУП «ММПП «Салют», ФГУП ВНИИТС, ОАО НИАТ, МГТУ «СТАНКИН», АВТОВАЗ были внедрены многопараметровые автоматизированные стенды для измерения составляющих силы резания, вибраций и акустической эмиссии, удовлетворяющие по динамическим и временным характеристикам процессам, происходящим при резании.

1. Армарего И.Дж.А., Браун Р.Х., Обработка металлов резанием. М. Машиностроение, 1977. - 325 с.

2. Барзов A.A., Белов В.М., Вдовин A.A. Применение электроэмиссионной диагностики для повышения технологической надежности процессов механической обработки: Технология, организация производства и управления. -М.: НИИЭинформэнергомаш, 1987. 38 с.

3. Барзов A.A. Эмиссионная технологическая диагностика. М.: Машиностроение, 2005. - 384 с.

4. Барзов A.A., Логинов В.П., Горелов В.А., Галиновский A.JL, Шашурин В.Д. Повышение надежности технологических процессов методами эмиссионной диагностики // Учебное пособие. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. -30 с.

5. Безъязычный, В.Ф., Кожина, Т.Д., Киселев Э.В. Автоматизированная система назначения технологических условий точения // Сб. науч. трудов «Инструментообеспечение и современные технологии в технике и медицине. Ростов-на-Дону», 1997. с 24-26.

6. Бобров В. Ф. Основы теории резания металлов. М.: Машиностроение, 1975.-343 с.

7. Братухин А. Г., Давыдов Ю. В., Елисеев Ю. С., Павлов Ю. Б., Суворов В. H. CALS (Continuous Acquisition and Life-Cycle Support непрерывная информационная поддержка жизненного цикла изделий) в авиастроении. -М.: Изд-во МАИ, 2000. - 303 с.

8. Васильев С. В. Детерминирование рабочего процесса как средство повышения надежности ГПС // Вестник машиностроения, 1985. № 4. - С. 31-32.

9. Васин С.А., Верещака A.C., 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.

10. Вульф А. М. Резание металлов. Д.: «Машиностроение», 1973. - 496 с.

11. Горелов В.А. Автоматизированный многопараметровый стенд для экспресс-оптимизации режимов резания // Двигатель, 2006. № 5(47). - с. 12-13.

12. Горелов В.А. Анализ многокоординатного резания методом акустической эмиссии.//Актуальные проблемы машиностроения / Материалы I Международной научно технической конференции. - Владимир, 2001. - с. 56-58.

13. Горелов В.А. Совершенствование технологии обработки жаропрочных сплавов на основе теоретических методов диагностики процесса резания // Высокие технологии: тенденции развития. Мат. XIII МНТС в Алуште. Харьков, 2003.-С. 64-71.

14. Горелов В.А. Термомеханический анализ обработки резанием жаропрочных сплавов // Омский научный вестник, 2006. №10. - С. 24-28.

15. Горелов В.А., Безнин A.C., Кушнер B.C. О влиянии условий термомеханического нагружения на напряжения и деформации режущего лезвия.//Динамика систем механизмов и машин. Материал IV Международной научно-технической конференции. Омск, 2002. - С. 106-109.

16. Горелов В.А., Кушнер B.C. Влияние условий термо-механического нагружения на напряжения и деформации режущего лезвия // Справочник. Инженерный журнал, 2005. №8. - С. 51-53.

17. Горелов В.А., Кушнер B.C. Исследование влияния округления режущей кромки на температуры и силы резания при точении титановых сплавов // Резание и инструмент в технологических системах: Меж.науч.-тех.сборник -Харьков, 2003. С. 43-46.

18. Горелов В.А., Кушнер B.C. Термомеханический подход к исследованию процесса резания жаропрочных сплавов // Технология машиностроения, 2005. -№9. С. 30-33.

19. Горелов В.А., Подураев В.Н., Барзов A.A. Технологическая диагностика резания методом акустической эмиссии. М.: Машиностроение, 1988. - 56 с.

20. Горелов В.А., Семенов В.А. Технологические возможности диагностических стендов на базе микро-ЭВМ // Технология авиационного двигателе-строения, 1988. № 1 - с. 23-25.

21. Горелов В.А., Семенов В.А., Чугрин Г.В. Принципы построения автоматизированных диагностических комплексов. // Технология авиационного двигателестроения, 1988. № 1.-е. 15-18.

22. Горелов В.А., Семенов В .А., Шеметов М.Г., Геранюшкин A.B. Многофункциональная система диагностики процессов резания и инструмента // Вестник машиностроения, 2005. №9. - С. 22-24.

23. Грановский Г. И. О методике измерения и критерии износа режущих инструментов // Вестник машиностроения, 1963. № 9. - С. 45-51.

24. Грановский Г. И., Грановский В. Г. Резание металлов: Учебник для маши-ностр. и приборостр. спец. вузов. М.: Высшая школа, 1985. — 304 с.

25. Громов Н. II. Теория обработки металлов давлением. М.: Металлургия, 1967. - 340 с.

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

27. Данелян А. М., Бобрик П. И., Гуревич Я. Л., Егоров И. С. Обработка резанием жаропрочных сталей, сплавов и тугоплавких металлов. М.: Машиностроение, 1965. - 308 с.

28. Дзугутов М. Я. «Пластичность и деформируемость высоколегированных сталей и сплавов». 3-е изд., доп. и перераб. - М.: Металлургия, 1990. -301 с.

29. Елисеев Ю. С. «Салют» интенсивно внедряет CALS-технологии // Двигатель, 2003. №4 (28). - С. 6-7.

30. Елисеев Ю. С., Крымов В. В. Современные технологии как необходимое условие создания наукоемкой продукции. Двигатель // Научно-технический журнал, 2003. №6 (30). - С. 7-10.

31. Зорев H.H. Механика резания металлов. М.: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1956. - 368 с.

32. Иванова B.C., Терентьев В.Ф. Природа усталости металлов. М.: Металлургия, 1975. 456 с.

33. Камалов В. С., Барзов А. А., Горелов В. А. Методология эмиссионной технологической диагностики современного производства // Научно-технический сборник «Технология авиационного двигателестроения», 1988. -Выпуск 1.-С. 5-13.

34. Катаев Ю.П., Павлов А.Ф., Белоног В.М. Пластичность и резание металлов М.: Машиностроение, 1994. - 144 с.

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

36. Козочкин М.П., Панов С.Н., Кузнецова В.Д., Дуров М.Н. Методы снижения шума металлорежущих станков и их узлов. Методические рекомендации. М.: ВНИИТЭМР, 1986. - С. 68.

37. Кондратов A.C. Параметры системы СПИД и технологические условия максимальной технико-экономической производительности обработки деталей на станках токарной группы // Методические материалы НИАТ, 1981.-48 с.

38. Корнеев С. С. Экспресс-определение рациональных режимов точения деталей сложной формы из труднообрабатываемых материалов методом акустической эмиссии. Диссертация на соискание степени к.т.н. Москва, 1999.

39. Кочеровский Е.В., Лихциер Г.М. Диагностики состояния режущего инструмента по силовым характеристикам процесса резания. М., 1988. - 40 с.

40. Крагельский И. В. Трение и износ // Изд. 2-е. М.: Машиностроение, 1968. - 480 с.

41. Креймер Г.С. Прочность твердых сплавов. М.: Металлургия, 1971. - 248 с.

42. Куклин J1. Г., Сигалов В. И., Серебровский В. В., Шабашев С. Г. Повышение прочности и износостойкости твердосплавного инструмента. М., Машиностроение, 1968. - с. 140.

43. Кушнер B.C., Горелов В.А., Безнин A.C. Сравнительный анализ особенностей токарной обработки жаропрочных сплавов и конструкционной стали на основе моделирования системы резания // Технология машиностроения, 2005. -№1. С. 15-19.

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

45. Лошак М.Г. прочность и долговечность твердых сплавов. Киев: Наукова думка, 1984. - 328 с.

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

47. Макаров А. Д. Методика ускоренных стойкостных испытаний инструмента при резании // Труды Рыбинского авиационно-технического института,1975. № 3. - С. 178-183.

48. Макаров А. Д. Оптимизация процесса резания. М.: Машиностроение,1976.-278 с.

49. Марков А. И. Ультразвуковая обработка материалов. М.: Машиностроение, 1980.-237 с.

50. Мозгалевский А. В., Гаскаров Д. В. Техническая диагностика: Непрерывные объекты. М.: Высшая школа, 1975. - 208 с.

51. Машиностроение. Энциклопедия: В 40 т / под ред. и с предисл. Фролова К.Ф. М.: Машиностроение, 2005. - Т. III-1: Технологическая подготовка производства. Проектирование и обеспечение деятельности предприятия. -576 с.

52. Мухин В. С., Макаров А. Д. Оптимизация процесса механической обработки по физическим параметрам, качеству поверхностного слоя и долговечности деталей из жаропрочных сплавов, Уфа: УАИ, 1976. - 116 с.

53. Надеинская Е. П. Исследование износа режущего инструмента с помощью радиоактивных протонов. М.: Машгиз, 1955. - 135 с.

54. Одинг И.А. и др. Теория ползучести и длительной прочности металлов. -М.: Металлургиздат, 1959.-488 с.

55. Остафьев В. А. Расчет динамической прочности режущего инструмента. -М.: Машиностроение, 1979. 168 с.

56. Палей С.М., Решетов Д.Н., Антонов A.B. Контроль состояния режущего инструмента по силе резания. // Станки и инструмент, 1992. № 2. с 31-33.

57. Писаренко Г.С., Лебедев A.A. Деформирование и прочность материалов при сложном напряженном состоянии. Киев, «Наукова Думка», 1976. -415 с.

58. Подураев В. Н. Обработка резанием жаропрочных и нержавеющих материалов. М.: Высшая школа, 1965. - 520 с.

59. Подураев В.Н. Обработка резанием с вибрациями. М.: Машиностроение, 1968.-311 с.

60. Подураев В. Н. Резание труднообрабатываемых материалов. М.: Высшая школа, 1974. - 587 с.

61. Подураев В.Н., Барзов A.A., Горелов В.А. Технологическая диагностика резания методом акустической эмиссии. М.: Машиностроение, 1988. - 54 с.

62. Подураев В.Н., Ярославцев В.М. Стойкость инструмента при прерывистом резании // Станки и инструмент, 1969. №10. - С. 25-28.

63. Поклад В.А., Горелов В.А., Полоскин Ю.В. и др. Экологически безопасная технология резания /7 Сборник трудов научно-технического симпозиума «Двигатели и экология». Москва, 2000. - С. 23-31.

64. Постнов В. В., Шаринов Б. У., Шустер Л. Ш. Процессы на контактных поверхностях, износ режущего инструмента и свойства обработанной поверхности. Свердловск: Изд-во Уральского ун-та, 1988. - 224 с.

65. Работнов Ю.Н. Введение в механику разрушения. М.: Наука, 1987. - 97 с.

66. Резников А. Н. Теплофизика резания. М.: Машиностроение, 1969. - 288 с.

67. Резников А.Н. Теплофизика процессов механической обработки материалов. М.: Машиностроение, 1998. - 279 с.

68. Рейхель В. Методика определения стойкости резца и обрабатываемости материала // Мировая техника, 1936. №4. - С. 6-14.

69. Рыкалин H. Н. Теория нагрева металла местными источниками теплоты // «Тепловые явления при обработке металлов резанием». Под ред. Е. А. Панкиной. М., НТО Машпром, 1959.

70. Свирский М. С. Электронная теория вещества. М.: Просвещение, 1980. -288 с.

71. Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике. М.: «Наука», 1967.-428 с.

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

73. Синопальников В.А., Григорьев С.Н. Надежность и диагностика технологических систем // Учебник. М.: ИЦ МГТУ «СТАНКИН», Янус-К, 2003.-331 с.

74. Старков В.А. Управление стабильностью и качеством и автоматизированном производстве. М.: Машиностроение, 1989. - 296 с.

75. Смазочно-охлаждающие технологические средства для обработки металлов резанием // Справочник под общей ред. С. Г. Энтелиса, Э. М. Берли-нера. М.: Машиностроение, 1995. - 494 с.

76. Соломенцев Ю. М. Митрофанов В. Г., Протопопов С. П. Адаптивное управление технологическими процессами. М.: Машиностроение, 1980. -536 с.

77. Справочник по технологии резания материалов. В 2-х кн. // Под ред. Г. Шпура, Т. Штеферле: Пер. с нем. В. Ф. Колотенкова и др. / под ред. Ю. М. Соломенцева. Кн. 1. -М.: Машиностроение, 1985. 616 с.

78. Строшков А. Н., Теслер Ш. Л., Шабашов С. П., Элинсон Д. С. Обработка резанием труднообрабатываемых материалов с нагревом. М.: Машиностроение, 1977. - 140 с.

79. Темчин Г. И. Многоинструментальные наладки. Теория и расчет. М.: Машиностроение, 1963. - 543 с.

80. Третьяков В.И. Основы металловедения и технологии производства спеченных твердых сплавов. М.: Металлургия, 1976. - 528 с.

81. Туманов В.И. Свойства сплавов системы карбид вольфрама кобальт. - М.: Металлургия. 1971. - 95 с.

82. Тверской М.М. Автоматическое управление режимами обработки деталей на станках. М.: Машиностроение, 1982. - 208 с.

83. Харитонов В., Горелов В., Бурлаков И., Данилов В. Ротационные методы получения заготовок деталей ГТД // Двигатель, 2002. №5(23). - С. 8-12.

84. Худобин JI. В., Бердичевский Е. Г. Техника применения смазочно-охлаж-дающих средств в металлообработке. М.: Машиностроение, 1977. - 189 с.

85. Шустер Л.Ш. Адгезионное взаимодействие твердых металлических тел. -Уфа: Гилем, 1999. 199 с.

86. Abdel-Hamid A., Wifi A.S., Gallab М. El. A three dimensional finite element thermomechamcal analysis of intermittent cutting process // Journal of Material Processing Technology, 1996. 56 (1:4). - p. 643-654.

87. Altintas Y. Manufacturing automation. Metal cutting mechanics, machine tool vibrations, and CNC design. Cambridge: Cambridge UniversityPress, 2000.

88. Astakhov P. A. On the inadequacy of the single-shear plane model of chip formation // International Journal of Mechanical Science, 2005. № 47. p. 16491672.

89. Astakhov V. The assessment of cutting tool wear // International Journal of Machine Tools & Manufacture, 2004. № 44. - p. 637-647.

90. Astakhov У .P., Outeiro, J.C. Modeling of the contact stress distribution at the tool-chip interface // Machining Science and Technology, 2005. № 9. - p. 8599.

91. Astakhov V.P., Shvets, S. The assessment of plastic deformation in metal cutting // Journal of Materials Processing Technology, 2004. № 146. - p. 193-202.

92. Astakhov V.P. Metal cutting mechanics. Boca Raton, USA: CRC Press; 1998.

93. Black J.T., Huang, J.M. Shear strain model in metal cutting // Manufacturing Science and Engineering, 1995. MED Vol. 2-1. - p. 283-302.

94. Boothroyd G., Knight, W.A. Fundamentals of machining and machine tools.: 2nd ed. New York: Marcel Dekker, 1989.

95. Boothroyd G. Fundamentals of Metal Machining. Pitman Press, Bath (UK), 1965.

96. Chao B. T., Trigger K. J., Zylstra L.B. Thermophysical Aspects of Metal Cutting // ASME, 1952, August. p. 1039-1054.

97. Colding B. N. A short time method for the assessment of the machinability of flow carbon for machining steels // Trans. ASME J. Eng. Int, 1995. V. 1, №12. - P. 239.

98. Dewhurst W. On the non-uniqueness of the machining process Proceedings of the Royal Society of London, 1978. - № 360. P. 587 - 609.

99. Endres W.J, DeVor, R.E, Kapoor, S.G. A dual-mechanism approach to the prediction of machining forces. Part 2: calibration and validation // ASME Journal of Engineering for Industry, 1995. № 117. P. 534-541.

100. Ernst H. and Merchant, M.E. Chip formation, chip friction and high quality machined surface. ASM (Surface Treatment of metals, Preprint No. 53), 1941.

101. Fahrenwaldt, H. J., Fheilen U. Priifung der Zerspanbarkeit bei metallischert Werkstoffen Maschinenmarkt, 1976. - Bd. 82, № 95. - P. 1838 - 1841.

102. Finnie I., Shaw M.C. The friction process in metal cutting // Transactions of ASME, 1956. -№ 77. P. 1649-1657.

103. Finnie I. Review of the metal cutting analyses of the past hundred years, Mechanical Engineering, 1956. № 78. - P. 715-721.

104. Gorczyca F.Y. Application of metal cutting theory. New York: Industrial Press, 1987.

105. Hill R. The mechanics of machining: a new approach // Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 1954. № 3. - p. 47-53.

106. Ho C., Chen N. Production of wear of carbide cutting tools international Journal of Production Results, 1970. - V.15, № 10. - p. 227-290.

107. Itava K. and Ueda K. The significance of the dynamic crack behavior in chip formation // Annals of the CIRP, 1992. № 25, p. 65-70.

108. Kakade N.N.,, Chow J.G. Finite element analysis of engine bore distortions during boring operation // Journal of Engineering for Industry / ASME, 1993. -№ 115 (4).-P. 379-384.

109. Komvopoulos K., Erpenbeck S.A. Finite element modeling of orthogonal metal cutting // Journal of Engineering for Industry / ASME, 1991. № 113. - P. 253 -267.

110. Kronenberg M. Machining science and application. Theory and practice for operation and development of machining processes. Oxford: Pergamon Press, 1966.

111. Lee E.H., Shaffer B.W. The theory of plasticity applied to a problem of machining // Journal of Applied Mechanics, 1951. № 18. - P. 405 - 413.

112. Lin Z.C., Pan W.C., Lo S.P. A study of orthogonal cutting with tool and wear and sticking behaviour on the chip-tool interface // Journal of Materials Processing Technology, 1995. № 52. - P. 524 - 538.

113. Maekawa K., Shirakashi T., and Usui E., 1983, Flow Stress of Low Carbon Steel at High Temperature and Strain Rate (Part 2) // Bull. Japan Soc. Of Precision Engineering. Vol. 17, № 3. - p. 167-172.

114. Merchant M. E. Mechanics of the metal cutting process. I. Orthogonal cutting and a type 2 chip // Journal of Applied Physics, 1945. Vol. 16. - P. 267-275.

115. Merchant M. E. Mechanics of the cutting process // Journal of Applied Physics, 1945.-Vol. 16.-P. 318-324.

116. Oxley P.L.B. Mechanics of machining: an analytical approach to assessing machinability. New York, USA: Wiley, 1989.

117. Ozel T., Zeren E. Determination of work material flow stress and friction for FEA of machining using orthogonal cutting tests // Journal of Materials Processing Technology, July 2003.

118. Reuleaux F. Uber den Taylor Whiteschen Werkzeugstahl Verein zur Berforderung des Gewerbefleissen in Preussen // Sitzungsberichete, 1900. Col. 79, № 1. - p. 179-220.

119. Rubenstein C. A note concerning the inadmissibility of applying of minimum work principle to metal cutting // ASME Journal of Engineering for Industry,1983. -№ 105.-P. 294-296.

120. Sartkulvanich P., Altant T. Effect of flow stress and friction models in finite element simulation of orthogonal cutting a sensitivity analysis // Machine Science and Technology, 2005. - № 9. - P. 1-26.

121. Shaw M.C. Metal cutting principles // Oxford Science Publications. Oxford,1984.

122. Spaans C. A treatise of the streamlines and the stress, strain, and strain rate distributions, and on stability in the primary shear zone in metal cutting // ASME Journal of Engineering for Industry, 1972. № 94, 690-696.

123. Stenphenson D. A., Agapiou J. S. Metal cutting theory and practice. New York: Marcel Dekker, 1996.

124. Strenkowski J. S, Moon K-J. Finite element prediction of chip geometry and tool/workpiece temperature distributions in orthogonal metal cutting // ASME Journal of Engineering for Industry, 1990. № 112. - P. 313-318.383

125. Treska H. Memories Sur la Rabotage des Métaux // Bulletin de la Sciete d'Ecouragement pour l'Industrie Nationale, 1873. Vol. 15. - P. 585-685.

126. A.C. 615388 (СССР). Способ оценки обрабатываемости материалов/ Макаров А. Д., Шустер А. С., Дмитриев А. С. // Б. И. 1978. - № 26.

127. A.C. 679320 (СССР). Способ определения оптимальной скорости резания / И. С. Праведников, Р. 3. Самигуллин // Б. И. 1979. - № 30.

128. A.C. 673376 (СССР). Способ определения оптимальной скорости резания / А. Д. Макаров, И. С. Праведников, Р. 3. Самигулин // Б. И. 1979. - № 26.

129. A.C. 766746 (СССР). Способ определения оптимальной скорости резания / А. Д. Макаров, И. С. Праведников // Б. И. 1980. - № 5.

130. A.C. 770661 (СССР). Способ определения оптимальной скорости резания / А. Д. Макаров, А. М. Акбердин, Г. А. Шаров // Б. И. 1980. - № 38.

131. СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

132. Л коэффициент теплопроводности; /л - коэффициент трения;

133. Ль коэффициент, учитывающий работу пластического деформирования зоны плоскости сдвига; ВЧ,ВХ - коэффициенты;1. Ре критерий Пекле;

134. Рх,Ру,Рг ~ проекции силы резания Р на оси х, у, г;проекция силы резания Р на нормаль к условной плоскости сдвига;

135. Рт проекция силы резания Р на плоскость сдвига (касательная составляющаясилы резания);р радиус скругления режущей кромки; плотность обрабатываемого материала;скорость деформации материала;1 скорость интенсивности пластической деформации;

136. К,, К1 удельные силы резания в окружном направлении и направлении подачи соответственно;

137. Т7 сила трения на передней грани инструмента;

138. И толщина срезаемого слоя;

139. И0 высота застойной зоны на задней поверхности;г/- высота застойной зоны на передней поверхности;к2 длина упрочняющей фаски;к3— длина фаски износа;1. Ис толщина стружки;угол наклона режущей кромки;т — показатель деформационного упрочнения;

140. N нормальная сила на передней грани инструмента;1. Р сила резания;д плотность теплового потока; предел текучести материала на передней поверхности;

141. Т- текущее значение температуры, К;

142. Т'0 гомологическая температура, соответствующая 800 °С;

143. Т'с гомологическая температура, соответствующая 20 °С;

144. Тт температура плавления обрабатываемого материала, К;1. V- скорость резания;- скорость сдвига скорость перемещения стружки вдоль условной плоскости сдвига;

145. Ус скорость схода стружки;3 относительное удлинение при растяжении, % (табл. данные);деформация материала;г относительное удлинение, ед.;аь условный предел прочности (табл. данные);

146. X угол наклона зоны контактных деформаций;со коэффициент температуропроводности;

147. Ао, Аоз, А. безразмерные комплексы переменных;

148. К сток тепла - величина изменения теплового потока из какой-либо зоны в результате изменения состояния материала в этой зоне; СУ - удельная объемная теплоемкость;

149. Т' гомологический температура, соответствующая текущему значению температуры;

150. Т0 температура, соответствующая 20°С, или 293 К;- средняя температура в условной плоскости сдвига; Ф0 тепловой поток из зоны стружкообразования;

151. Ф. тепловой поток на поверхности контакта инструмента со стружкой, действующий на участке линии среза /?/;

152. Ф2 тепловой поток на поверхности контакта инструмента со стружкой, действующий на участке к2 задней поверхности застойной зоны; Фд - поток, поступающий в деталь;

153. ВЕРЖДАЮ» ктор филиала НИИД профессор1. Гейкин В.А.д0 » декабря 2006г.1. Актпо проведенным научно-исследовательским работам к.т.н., с.н.с Горелова Валерия Александровича за период его работы в НИИДс 1982 по 1999гг.

154. За выполнение этой работы Горелов В.А. удостоен премии АСААД им. академика A.M. Люлька в 1995г.

155. По результатам выполненных работ Гореловым В.А. получены 14 авторских свидетельств на изобретение.

156. Сеттртяпт, ГГТС. icth г ti г11. Васина С ¿В