автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Разработка научных основ и принципов практического применения нестационарных процессов обработки резанием на базе попутного тангенциального точения

ХАРКЮСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ПОЛ1ТЕХН1ЧНИЙ УН1ВЕРСИТЕТ

РОЗРОБКА НАУКОВИХ ОСНОВ ТА ПРИШЩПГО ПРАКТИЧНОГО ВИКОРИСТАННЯ НЕСТАЦЮНАРНИХ ВИД1В ОБРОБКИ Р13АННЯМ НА БА31 ПОПУТНОГО ТАНГЕНЩАЛЬНОГО ТОЧ1ННЯ

Спещальшсть 05.03.01 - Процеси мехашчшл обробки,

верстати та шструменга

Автореферат дисертацн на здобутгя наукового ступени доктора техшчних наук

, 9 а«

Залога Вшьям Олександрович

УДК 621.941.001

Xapкiв - 2000

Дисертащею е рукопис. Робота виконана у Сумському державному угпверсшчгп Мнпстерства освпи i науки Украш

Науковий консультант:

Офщшш опоненти:

доктор техщчних наук, професор ГрабченкоАнатолш 1ванович,

Харювський державний полггехщчний ушверситет, завщувач кафедри р]зання -матер1ал1в та р1зальних шструмытв

доктор техшчних наук, професор Верезуб Володимир Миколайович,

Харывський державний аерокосм1чний ушверситет, проф( кафедри робототехники

доктор техшчних наук, професор Новоселов Юрш Костянтинович,

Севастопольський державний техшчний ушверситет, дира департаменту машинобудування

доктор техшчних наук, професор Розенберг Олег Олександрович,

шетитут надтвердих MaTepiarciB HAH Украши, завщувач ш'ддшом (м. Кшв)

Провшна установа:

Запор1зький державний техшчний ушверситет

ММстерства оевгги 1 науки Украши,

кафедра металорхзалышх верста'пв та шетруменпв

Захист вадбудеться « /•£> » ^ ^уО^Г/УЯ 2000 р. о / годиш на засщанш спешатзовано! вчено!' ради Д64.050.12 у Хармвсысому державному полггехшчпому утвсрситстт за адресою: 61002, м. Харк1в, вул. Фрунзе, 21

3 дисертащею можна ознайомитися у б1блютещ Харювського державного гголггехшч! ушверситету.

Автореферат розюланий « _» /^^РС^. А<2000 р.

Вчений секретар

спещалповано! вчено! ради

Узунян М.Д.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

кктуальшсть теми. У розв'язанш ключовоТ господарськоТ задач 1 на сучасному етат розвитку эм1ки УкраТни важливе лпсце вводиться машинобудувашпо - единому джерелу забезпечення дно го господарства досконалими знаряддями пращ. Загальш тенденцн у розвитку машинобуду-я пов'язаш ¡з забезпеченням надй~шосп машин, створенням конкурентоспроможно1 продукцп, ристаниям наукоемких технолопй та еколопчко чистих технолопчних процеав. Машинобуду-я розвиваеться шляхом тдвищення гнучкост! виробництва та якосп продукцп. Вирдаення про-и створення малолюдно1 та енергозбернагочец технологи, комплексно!" мехашзацп, роботизац», натизацн машинобудування можливе лише за умови ефективного використання ф^зичних I тех-пчних закономфностей прогреенвних робочих процес!в. Тому одним ¡з основних завдань суча-науки про р1зання матер1апв е забезпечення надШного прогнозування показнимв процеив оби, що зумовлюють пщвшцення продуктивно«! обробки та якосп вироблсноУ продукцп \ скоро-я часу виходу ТУ на ринок.

Троблема теоретичного аналпу процесу р1зання для бшыпост! вщц'в обробки вивчена досить до-но. Але ¡снують види обробки р1занням, особливо важкооброблюваних матер1ал1в, для яких ди анал!зу або вимагають удосконалення, або взагал! вщеутт. Такий стан питания найбишд ктерний для нестащонарних лроцеЫв р1зання, серед яких точшня перервних поверхонь, фрезе-гая, ишфування, тангешнальне точшня тощо. Це викгткано труднощами розробки та викорис-я досить складкоУ математичноУ модет, реалващя якоУ вимагае виконання значного обсягу об-:ень. Основною проблемою е врахування прийнятою математичною моделлю ВС1Х особливостей ксу р1зання 1 коректне формулювання граничних умов, яю повного м^рою вщтворюють явища, тцгН реальному процесу резания. Подалыш теоретичш га експериментальт дослщження неста-арних видт обробки дозволять не тшьки розширити наявну базу знань обробки р!занням, але й рити передумови для успшшого вирнпення проблеми розробки узагальнено'У аналтгеноУ модел1 процеав р1зання, у тому чиоп1 квазютацюнарних, яы е Т1ею чи шшого м^рою Ух окремими вигами. Важливою ланкою обробноУ системи, що значною м1'рою визначае й' ефектившетъ, с шет-;нт, роботоздатшеть якого залежить вщ режиму навантаження лез (тиску, тертя, температуря, ш1чносп навантаження 1 часу контакту). Розробка методологи пошуку шляху реал1заци умов ональноУ робота шетрументу регулюванням режиму навантаження лез при нестацюнарному нн5 на формал1зованому р!вш дозволить успшно виршшти проблему полшшення оброблювано-иатер^алу з визначеним комплексом властивостей при забезпеченш заданих параметры якосп )блсш!х поверхонь, шдвшцити продуктившеть обробки 1 ресурс шетрументу. Зв'язок роботи з науковнмн програмами, планами, темами. Робота виконана вщповщно до совоУ тематики кафедри "Мегалор^зальш верстати та шетрументи" Сумського державного уш-:итету в перюд ¡з 1976 по 2000 рж. Ряд основних роздинв роботи виконано зпдно з Постановою ГГ \ Президн АН СРСР ¿3 схваленням Держплану СРСР №573/137 вад 10.11.85 (програма ДКНТ .06), галузевого плану СРСР (директива Мшстерства х1м1чного \ нафтового машинобудування "Р ввд 26.12.85), координащиного плану ММстерства осв1ти УкраУни (наказ № 37 В1д 13.02.97) гонкурешй осиоп1 (протокол № I науково!' експертноУ ради № 43 в1д 24.12.96), а також у межах ичних держбюджетпих I гоепдогош'рних робгг вздповщно до тематичних планов науково-

досладних po6ÏT Сумського державного утпверситету, затверджених MinicicpcTBOM ocbîth i н Украши.

Мета i задач! дос.пджсшш. Метою робота е створення наукових основ високоефективни? стащонарних npoueciB р1зання конструкщйних MarcpiaiiiB на ochobî комплексного шдходу до i шення пробдеми шдашцення продуктивное^ обробшм системи i ресурсу шструменту регулюва1 режиму навантаження лез в умовах нетрадицшних юнематичних схем рпання i формоутворенш базуеться на прахувант фпичних i технолопчних законом1рностей, визначених у nponeci теоре но-експериментапьних досшджеиь.

Задач1 дослвдження:

1 Сформулювати принципи керуваиня системою р1заиня шляхом регулювання режиму ш таження лез шструменту i створення на цш ochobî базового процесу рпання. Ефективно викор! ти результата його дослщження для глропдного прогнозування напруженого стану i роботоздат! леза незалежно вщ виду обробки р1занням, типу i конструктивних параметров шструменту.

2 Розробити методологпо комплексних теоретично-експериментальних дослщжень нест; нарних npoueciB рЬашга, а на ïï ochobî - експериментально-анаштичну модель системи рЬання дозволить прогнозувати показники процесу р1зання.

3 Розробити методологпо керування системою рпашш з метою стабшзацп процесу pbai 4aci та зв'язаного з цим шдвшцення продуктивное«, hkoctî обробки та знижения витрат на ны.

4 Розробити ochobhî принципи практичного застосування нестацюнарних npoueciB pi3ai проектування обробних систем безперервшн дiï з тангенциальною схемою р1зання.

5 Створити на цих принципах hobî способи обробки, рпалып ¡нструменти, технолопчне с днання та оснащения.

Наукова новизна одержаних результаты

1 Запропоновано новий комплексний тдхщ у Teopiï pisamw, який полягае у тому, що per ванням режиму навантаження леза, абстрагуючись вщ виду i способу обробки, можна на форма ваному piBHi оптимвувати умови роботи леза, а саме: значно шдвшцити його ресурс i noKpai оброблювашеть матср1алу залежно вщ властивостсй контактуючих оброблюваного i шетрумен-ного MaiepiaiiB та умов peaniïauiï схеми рЬання i формоутворення.

2 Запропонована нова концепшя моделювання нестацюнарних npoueciB на ochobî базе процесу piзaння, який охоплюе найбшьшу сукупшсть ознак нсстацюнарпоеп. За наявност! базе процесу розгляд ¡нших вид1в обробки з позицш режиму навантаження лез дозволяе успшно pea вати на формал13ованому piBHi комплексний пщхщ до анаизу роботоздатносп ¡нструменту на стадшх його житгевого циклу "проектування - виготовлення - експлуатащя" i виршення проб прогнозування його ресурсу при заданих умовах, або ж оптимЬаци цих умов залежно вщ вим( обробки. Доведено, що базовим процесом р1зання може бути тангенщальне точшня, яке мае бшьш широкий спектр ознак нестацюнарноеп, що зумовлюються кшематичними особливостям

3 На ochobî системного гадходу створена класифжащя i запропоноваш характеристики ф pie, що зумовлюють нестащонартсть процесу р1зання. Показано, що квазктащонарний процс зання е окремим випадком нестащонарного. Але без урахування нестащонарносп неможливе шення пробдеми досить ушверсального, точного i надШного математичного опису закопом1рш

;тем1 рЬання з метою визначенпя оптимальних умов реа.'пзащ1 способу обробки з мшмалытми атами часу, трудових 1 матер!алышх ресурс1в.

1 Доведено, що тангенщальне точшня у поеднанш з роторним принципом робота обробноУ сии (комплексний базовий процес) мае явш ознаки переривчастого р1зання, що робить його подь I до багатьох традицшно нестащонарних способ1в обробки з циклом "рпання - шдпочинок" /гання, фрезерування, иипфування тощо). Показано, що модель комплексного базового процесу е застосовуватися для прогнозування показниюв як квазютацюнарних, так 1 нестацюнарних (ее¡в р!зашгя незалежно вщ схеми формоутворення.

5 Вперше розроблена 1 практично реалвована методолопя комплексного теоретично-ериментального досл!дження нестацюнарних видю обробки р1занням. На основ1 розроблених шалышх методик експериментально доведена висунута теза про ¡стотний вплив рад!уса округ-[я р1жучо1 кромки на закон змши товщини зр1Эу при тангеншалыюму точтоп, що дозволило но шдвшцити точшеть 11мропд1псть результата розрахунюв шдповцшо до його модели Розроб-експериментально-аналтстна модель деформащйних 1 теплових процесс у систем! р!зання для ацюнарних ши'ш обробки ргзанпнм ¡з застосуванням методу кшцевих елемештв на приклад! енщального точшня.

5 Теоретично доведене 1 експериментально гпдтверджене положения про можлив1Сть реашза-5ез застоеування ЗОТС високошвидюсного тангенциального точшня конструкцшних сталей 1 1В1В твердосплавними шетрументамн 31 швидкостями р1зання до 10 м/с 1 подачами до 1,5 мм/об. гачена важлива роль кшематичного фактору у здШсненш еколопчно чистого "сухого" р1заши забезпеченн1 точности й якосп оброблено! поверхи, що вщповвдають чистовШ обробщ. 7 Сформульоваш основш принципи практично! реал1зацн нестацюнарних процеав р!зання I ;ктування високопродуктивних роторних обробних систем безперервноТ дп з тангенщальною юю р1зання на баз1 верстата-автомата мод. КА-350, що дозволяе використовувати IX у р1зних IX виробництв - вщ масового до сершного. Практичне значения одержаних результате

1. Виконаш комплекс!» теоретичш та експерименталып дослщження дозволили впровадити жошвидюсш нестацюнарш процеси р1зання без використання ЗОТС - тангенщального точшня, ння перервних поверхонь 1 поверхонь \з нер1вном1рним припуском.

I. Розроблена експериментально-анагптична модель деформащйних ! теплових процейв у сис-р1зання дозволяе не тшьки прогнозувати напружений стан р!жучо1 частшш ¡нструменту при ацюнарному р1занш залежно вщ властивостей оброблюваиого та шетрументального матер1а1пв, 1нятих схем формоутворення 1 р1зання, шших умов, але й знаходити оптимальш умови його [луатацн з урахуванням додаткового енергетичного впливу на зону рЬання, використання зносо-ких покрить, змши мнематики рЬання тощо.

3. Прикладне значения мають ноги гадходи, техшчш ршеиня I рекомендаци щодо стабЫзапп ;му навантаження лез ¡нструменту шляхом опттпзацц Гх елемешчв, конструкцп ¡нструменту 1 ш формоутворення; розроблеш та застосоваш на практиш алгоритми 1 пакета програм для роз-'нку напружено-деформованого 1 теплового стану в систем! рйання та р!жучш частит шетру-гу при несташонарному р!занш, у тому чист й переривчастому.

4. У виробництво ¡з загальним еконсжнчним ефектом понад 120 тис. крб. (у щнах до 1990 впроваджеш: удосконалений нашвавтомат мод. 1716 для обробки перервних поверхонь спосо£ тангенщального точшня, що забезпечило шдвшцення продуктивности в 1,25 рази 1 стшкосп ¡нет менту в 1,5 рази (АвтоКрАЗ, м. Кременчуг); р1зщ 31 змшними р1жучими пластинами з ибор (МПК об'еднання "Мосбудпромкомплект", м. Москва); твердосплавш пластини УВММ 160408 I мють ¡мпортних ф1рми "БапсМк СоготагЛ") для обробки канавок детал1 "Шюв", що забезпеч] стшгасть ¡нструменту бшыне шж 90 хв. (АТ СМНВО ш. Фрунзе, м. Суми); техиолопчна оснас дня реатзаци тангенщального точшня при обробцд канавок детал1 "Шюв" на вертикаль фрезерному верстат! з ЧПК, що забезпечило скорочення часу виготовлення детали у 1,5 рази ( СМНВО ¡м. Фрунзе, м. Суми); комплект техшчноУ документацн для повно! токарно'1 обробки вг р1шнього мльця пвдшипника за схемою тангенщального (20 ДПЗ м. Курськ); рекомендаци щ вибору складу покрить шетрументш для обробки вуглецевих 1 нержавиочих сталей, що забезпеч: пщвищення стшкоеп шегруменпв у 2-3 рази (НВО "Електрон", м. Суми).

5. Ряд наукових розробок впроваджено у навчалышй процес Сумського державного ушвер тету, Хармвського державного полггехшчного ушверситету, Запор1зького державного техшчн ушверситету 1 використовуеться в науково-дослщшй робот! студенте 1 астраитт. Розроблеш викладаеться курс "Пауков 1 основи cпeцiaльниx методов обробки". 3 дисцишмни "Теория рЬан виконуеться курсова робота "Розрахунок режимов р!зання при точшш, свердлшш та фрезеруваши

6. Позитйвш вщгуки вчених (Мшосвгги Укра'ши, МВТУ ¡м. Баумана, НДГГАвтопром, Ар: Д1Маш, ВНД11Ш) 1 снсщашспв рЬних галузей промисловост! (КЗВА ¡м. Горького, ДПЗ-20, Аг КрАЗ, Сумське НВО "Насосенергомаш", СМНВО ш. Фрунзе) про наукову та практичну цшн1 робота е у протоколах, як! додаються.

Особистий внесок здобувача в одержання наукових результат. Ус1 науков1 результ одержаш здобувачем самостшно. Здобувач здшенив наукове обгрунтування розробок у галуз! шинобудування, що забезпечуе виршення важливо! прикладноТ проблеми - шдвшцення ефектив1 тс обробки матер1ашв р1занням за рахунок комплексного шдходу до процесу формоутворення 1 безпечення рацюнальних умов робота ¡нструменту на вих стадмх житгевого циклу "проектуван! виготовлення - експлуататця".

Постановка задач 1 обговорення наукових результате виконаш разом з науковим консультан 1 частково 31 сшвавторами публкацш.

Аиробацш результате дисертацй. Основш результата доелщжень оприлюднено на Респу кансыай НТК "Прогресивш технолопчш процеси 1 шдвшцення ефективносп мехашчшм обро важкооброблюваних 1 неметал1чних матер1ал1в" (Дшпропетровськ, 1983); Всесоюзшй НТК "Осн< напрямки економП' та ращонального використання матер1алу в автотракторобудуванш" (Челябш 1984); зональшй НТК "Метода шдвшцення продуктивное!! та якосп обробки деталей на обладн; автоматизованих виробництв" (Ярославль, 1985); науковому семшар1 у Магдебурзькому ушвера й (Магдебург, 1985); Всесоюзшй НТК "[нтенсифкац^я технолопчних процеив меха йчно! оброС (Леншград, 1986); Республшанськш НТК "Надтверда матер1али та ¡нструменти в ресурсозбери чих технолопях" (Кшв, 1989); 8-й Всесоюзшй НТК "Створення компресорних машин 1 устатку! ня, яга забезпечують ¡нтенсивний розвиток галузей паливно-енергетичного комплексу" (С}

989); Всесоюзшй НТК "Проблеми техшчного^озвитку виробництва та охорона довюлля" (Суми,

990); М^жнародному НТС "Проблеми pi3amBi Marepiaüia у сучасних техиолопчних процесах" (Хар-¡в, 1991); Республ1кансьюй НТК "Hobi технолопчш процеси в мехашчшй обробщ" (Одеса, 1992); 1шнародч1н НТК "Автоматизация конструювання виройв i проектування технолопчних nponecia в ашинобудувант" (Суми, 1994); 4-й М^жнародтй НМК "Критичш технологи, автоматизация ироек-угвання та виготовлення вироб^в в мапшнобудувашц" (Кюв, 1997); Мгжнародшй НТК "Прогресивна :хшка i технолопя машинобудування, приладобудування i зварювального виробництва" (Кгав, 398); М1жнародних конференциях "Micro CAD-system" (Хармв, 1993, 1994, 1998, 1999); Mi-жнарод-эму НТС "BucoKi технологи в машинобудуваит" (Харюв, 1993-1999); НТК СумДУ (1979-1999).

Дисертащя допощдалася i отримала позитивну оцшку на кафедр1 "МетапорЬалыи верстата та струменти" СумДУ, 2000 p. i на кафедр1 "Ргзання Maxepianio i р1запытй шструмент" ХДПУ, 2000р.

Пуб.'икацй'. Основш результата дисергац» опублжоваш в 76 працях, ¡з них 43 статп, 2 навчаль-IX помбники, 1 брошура, 3 шформацШних листки, 19 тез доповщей, 8 авторських свщоцтв i патен-в.

Структура i обсяг роботи. Структура: вступ, 6 роздЫв, загальш висновки, список використа-[х джерел, додатки. Обсяг: 434 с. - 180 ш, - 25 табл. - Б^блюгр.: 219 найм. - 11 додатгав (окремим мом) на 107 с.

ОСНОВНИЙ 3MICT РОБОТИ Вступ. Обгрунтовусться актуалынсть теми дисертацШноУ роботи, викладаеться наукова новизна, шачаються положения, яи виносяться здобувачем на захист, теоретична та практична цштсть риманих результата дослщжень, piceub реалЬацН та впровадження наукових розробок.

Роздш 1. У роздии виконаний детальний анализ сучасного стану та теиденщп розвитку моделю-чня процес1в обробки р!занням з метою шдвшцення ix ефективносп. Показано, що тсорю р!зання тер ¡ал ¡в знаходиться у такому CTani, коли серед велико! кшькосп можливих в ар i ami в виршення облем, що виникаготь, пошук оптимального BapiaHTa без використання моделей, спроможних :ельно прогнозувати показники npouecin обробки pisamraM i найкращим чином пристосованих до греб машинобудування, е задачею доситъ складною, шод! неможливою для розв'язання без знач-< затрат часу, трудових i матер1алыгих ресурЫв. За наявносп моделей для прогнозування процест >ш за все нестацюнарного р1зання, суттево полегшусться керування ними, що е дуже важливим в эвах високоавтоматизованого виробничого середовшда. Тому ефективне використання високих нолопй залежить В1'д впроваджсння щформацпгаих технолопй, що використовують прогнозуюч1 le.rii пронест, реашзовашгх у новппьому обладнанш, нових шструментальних матер1'алах, нових )гресивних способах обробки з р!зними вар ¡антами ix практично!' реашзацн, нових обробних сис-iax ¡з нетрадишйними схемами р!зання тощо.

Важливий внесок у розв'язання багатьох проблем з питань Teopi'i ргзання, формоугворення i вер-гних систем, розглянутих у poöoTi, зроблено такими вченими, як Армарего I. Дж., Бобров В.Ф., >езуб В.М, Верезуб М В., Верещака A.C., Виноградов О.О., Внуков Ю.М., Гавриш А.П., Грабчен-VI., Грановський ГЛ., Дрожжин B.I., Ермаков Ю.М., Зшов'ев M.I., Зорев М.М., Кабалдш Ю.Г., «ж Г.Г., Клушин M.I., Кавалець М., Кузнецов Ю.М., Кундрак Я., Лерат Ф., Лоладзе Т.М., Ма-М.П., Макаров В.Д., Мамалю А., Маслов С.Н., Мерчант М.Е., Новиков М.В., Новоселов Ю.К.,

Остаф'ев В.О., Равська Н.С., Перепелиця Б.О., Подурасв В.М., Резшков А.Н., Родш П.Р., Розе берг О. О., Розенберг О. М., Семко М.Ф., Старков В.К., Тимофеев Ю.В., Узунян М.Д., Хает Г.. Хорват М., Шаумян Г.А., Якимов О.В., Якубов Ф.Я. та ш.

Показано, що дня прогнозування показниюв ргзаппя, як об'екта дослцщення, можуть бути об{ ш процеси стружкоутворення 1 теплопередачи яю е найбшьш ¡нформацшноемними й такими, ] значною .\iipoio визначають ус1 явища в систем! р!за:шя. Разом з тим ще не сформульована ушв< сальна теория утворення стружки, яка придатна для анализу 1 прогнозу показниив обробки будь-як матер!алш, будь-яким ¡нструментом, за довшьних умов п реашзацп. Складшсть полягае у прогно: ванш кута зсуву, р^вня I розподшу контактних напружень, особливо на заднш поверхш, як пасл^ значень сил 1 температуря рвання. Але у цьому напрямку вже досягнул певш усгпхи. Розв'яз: окрем! задач1 та побудоваш о крем 1 теорн, як! добре узгоджуються з експериментом. Для розрахун опору зсуванню в умовшй площит зсуву при разами пластичних матер1ал1в найбшьш точш резу. тати можна одержати за формулою В.С.Кушнера, для прогнозування кута зсуву - за формулою О] л1, для розрахунку довжини контакту стружки з передньою поверхнею багатьма ученими викор1 товуеться формула, запропонована Й.М.Розснбергом, а для визначення довжини пластичного кон кту - формула Н.Г.Абуладзе. Добре узгоджуеться з експериментом умова ¡нвар;антност1 середн питомо! с или тертя для оброблюваного материалу. Температура раатя може бути ощнена за да могою методу джерел з достатньою м1рою точность Задовшьш результата при розв'язанш ки" задач забезцечуе модель М.П.Мазура.

На точшсть одержуваних рйнень значно впливае прийнята модель як оброблюваного матер1а так 1 ¡нструментального. Найбшыне поширення набула модель оброблюваного матер!алу як пруж! пластичного середовища з лшШним змщненням.

Проведений анашз показав, що перспектившши методами розробки моделей для прогнозуваг показниив процесу рЬання в обласп факторного простору, де не було проведено або було немс ливе проведения експерименту, е чисельш метода доопдження, що розвившоться в осташн ро Серед них для моделювання процесу р1зання широко застосовуегься метод инцевих елемен (МКЕ). Реал1защя МКЕ пов'язана 31 значним обсягом обчислень, отже, ¡3 застосуванням ЕОМ. I виконання наукових дослщжень гкщпбна розробка спещального програмного забезпечення, . зор^ентована на розв'язання конкретно!' задачи

Проведений анашз дозволив визначити основш задач1 наукового дослщження.

Роздш 2. У роздш розроблена принципово нова концспщя базового моделювання процесу зання (ПР). Вона полягае в тому, що ПР розглядаеться з позицш режиму навантаження лез ¡нет менту в змшних у час1 (нестащонарних) умовах формоутворення: К(уаг), п(\аг), 7,а(уаг), о„ НВ(\ та ¡и. ПР, що мае найбшьш широкий наб!р ознак кесташонарносп прийнято за базовий ПР (БП ! для якого 1 розроблено експериментально-аналггичну прогнозуючу модель. Показано, що мод БПР придатна для прогнозування напружено-деформованого 1 теплового стану системи рЬанн р1жучо! частини леза у будь-якому ¡ншому ПР, а отже,! його вихщних показниив.

Головною проблемою при розв'язанш задач! моделювання ПР е процедура перетворення резу таив, отриманих на еташ фундаментального (теоретичного) моделювання, в прикладне моделюв ня, тобто таке, що стосуеться конкретного ПР \ використовуеться для проектувания технолопчп

роцесу, ¡нструменту, оснащения обробно! системи. На жаль, фундаментальне моделювання найчас-¡ше обмежуеться простим прямокутним, у кращому випадку - косокутним, квазкташонарним рь шням. Другий етап вимагае розробки моделей для прогнозування ПР для таких опсрашп, як точш-я, фрезеруваиня, свершнння та ш., що е биьш складними 1 характеризуються властшнспо нестащ-нарносп, яка неодмпшо приводить до змптого у час! режиму навантаження лез ¡нструменту й 1тенсиф1каш1 ¡'х зносу та руйнування.

Розроблено класш]нкацпо ознак нестащонарноЫ ПР (рис.1), в якш видщено три р!В1П виник-ення нестацюнарноси ПР - виробничо-технолопчний, вхщш фактори ПР, внутршни параметри лстеми рпання. р1вш визначають у систем! р1'зання характер явищ, Ух взаемозв'язок I взаемовп-ив, а в результат! - вихщш параметри ПР. Без урахування нестацюнарностс, що саме по соб1 е скпа-ною задачею, неможливе внрпненпя проблеми ушверсального, точного 1 надШного математичного лису закономхрностей ПР 1 ефективного використання ЕОМ для визначення опгималышх умов гал1защ'1 способу обробки з мнпмалышми витратами часу, трудових \ матер1алышх ресурст.

Розв'язано задачу створення максимально близько! до реального нестацюнарного процесу уза-1льнено1 модели за допомогою яко! можна прогнозувати вихщш показники довшьного способу Зробки без дорогих додаткових експеримен-лв або з невеликим обсягом, наприклад, деяких мехаш-гах випробувань материалу, що обробляеться. Розроблено комплексний тдх'1д до процесу формо-гворення. У результат! явилася можлив!сть опти-¡зацп за допомогою ЕОМ лов роботи леза, абстрагу-чнсь як в!д конкретного струмента (типу, констру-;п, розм1ру тощо), так { вщ ткретного виду обробки занням (точ!ння, свердлш-[, фрезерування тощо). даються умови наванта-гння леза залежно вщ затих властивостей оброб-эваного матер1алу, ¡нстру-шталыюго материалу

тидкор!жуча сталь, твер-[й сплав тощо), факторного юстору ¡снування режиму зання ^¡апазони швидко-ей р!зання, подач тощо), ометрп зр1зуваного шару, Рисунок 1 - Класифкащя фактор!в, що визначають нестацюнаршсть

процесу р1зання: 1-поля деформаций ! напружень; 2-теплов! поля; значйючй час контакту* » ^ » ** * *

3-форма стружки; 4-тертя ) адгез!я; 5ннаростоутворення, 6-змщнення

них умов (застосування (наклепування); 7-руйнування та зное контактних поверхонь леза

¡нструменту; 8-х1М1чш та дифузшш явища

додатково! енерги, дош»пжних матср1алш тощо).

При такому шдход1 створено передумови моделювання на ЕОМ режиму навантаження р!ж; частини ¡нструменту з урахуванням будь-якого набору ознак нестацюнарноеп 1 не тшьки визна» елементи режиму навантаження леза (рис.2), але й оштпзувати 1х.

Ус! елементи режиму навантаження леза взаемозв'язаш та взаемообумовлеш. Наприклад, В1 чина еереднього тиску впливае на силу тертя 1 ршень температури. У свою черту, сили тер

Середши нормальняй тиск рС1,=>УаЬ

-о-о

Сила стружкоутворенрл (огар пластичшй дгформаци та руйнуванню)_

Площа контакту (фактична)

Сила тертя 1*"г>' Ро

—|Коеф1щекг тертя

Тиск

Адгез1я

Температура

0т:к,0ср,§гас1в

Теплопров1дгастъ

Питома теплоемтсть

Сила тертя

Маса матер!алу (зр1зуваного шару I леза)_

Площа контакту

—I Триватсть контакту

. Дштлчшсть • навантаження леза

_ <ли») -

^дин тг

Схема р!зання

Схема навантаження леза

Схема навантаження ¡нструменту

Жорстсть технолотноТ системи (вхброспйюсть)

Тривалкть контакту т —т

Схема р!зання

Схема навантаження ¡нструменту"

-| Змша купи ф, у 1 рад1уса~г7

-}3м1на гостроти р1жучо! кромки Змша материалу леза

Змша довжини кромки (зшка купв <р, <рь X 1 радауса гв)

Змша гостроти р1жучоТ кромки

Змша кшькост! кромок

Змша кута а

>1

Змша матер1алу леза

—| Площа контакту (фактична)"

Тиск

Змша матер1алу леза

Змша купв а, у, Ф, Фи X1 гв

Змша илькост! лез 1 р1жучих кромок

Змша купв у, X, ф, X 1 г8

Змша форми передньоУ 1 задньо! поверхш____

Зм1на купв у, X, <р, Ф>, XI гв

Зм1на кшькост! лез 1 р1жучих кромок

Змша розташування р1жучих лез

Змша форми i розм1р{в конструкт ив них елеменпв леза \ шструмеягу_

Зм1на схеми кр1плекня лез

Зм1на кшькосп лез

Додатковий рух вздовж ршучоГ кромки_

Змша конструкцц (нструменту 1 геометричних параметр! леза (ф, у, X)

Рисунок 2 - Елементи режиму навантаження леза 1 параметр» керування ним

тружкоутворення визначають дшшнчшсть навантаження лез, тобто характер змши нормальних I :отичних напружень на контакта« поверхнях у чаы.

Температура 1 динам!чшсть навантаження значною мфою визначаються характером змпш часу онтакту леза ¡3 зр^зуваним шаром (неперервний, перервний), що залежать в!д стану поверхш заго-овки, схеми формоутворення, ¡нструменту тощо.

Розв'язуеться задача шдбору 1 створення таких умов для елеменпв леза, що контактують ¡з заго-овкою 1 стружкою, щоб за рахупок змши параметров регулювання режима навантаження леза (сили тружкоутворення, плоил контакту, коефвдента тертя, схеми р!зашм тощо) створити напружений тан р1жучо'1 частини шетрументу, який забезпечить його роботоздатшеть ¡з заданим запасом м!цно-п. При цьому керування параметрами режиму навантаження лез шетрументу можна здшенювати а ус1х стад1ях його житгевого циклу ("проектування - виготовлення - експлуатащя"): змша елемен-¡в леза 1 конструкцп ¡нструменту (проектування); застосування зносостШких покритпв або р1зних ггособ1в заточування (виготовлення); виб!р режиму р1зання (V, 5, (), ЗОТС тощо (експлуатащя).

Все це спрямовано на сприятливу змшу властивостей робочих поверхонь 1' р1жучих кромок, ха-актеру деформування 1 руйнування зр!зуваного шару, силово/, тепловоУ 1 ф1зик0-хш1чи01 взаемод!? ктрументу з заготовкою 1 стружкою, динамичного стану системи залежно ввд комплексу властивос-;й, що попршують оброблювашеть матер1алу.

Враховуючи те, що р^зання е процесом глибокоУ пластичноУ деформащУ, що протжае в екстре-альних умовах (високий контактний тиск, швндкосп деформаци набагато перевищують швидкосп гформацп при мехашчних випробуваннях, температури на поверхнях леза можуть досягати темпе-пури плавления оброблюваного матер1алу, коефодент тертя м1ж стружкою ! передньою поверхнею оже перевищувати одиницю тощо),! багато його законом1рностей, ще не можуть бути встановлеш юретично, у дашй робот1 прогнозуючу модель створено на основ! експериментально-теоретичних эшиджень. При моделюванш ПР 1 персв1рщ в1ропдносп його результат доцшьно розглядати лезо струмешу при робоп в умовах нестацюнарносп, причому в такому процеа, що характеризуемся Шбитьшою млью'стю й" ознак. До таких ПР насамперед можна ваднести тангенщ'альне точшня ис.З), яке мае ряд кгнематичних I ф1зичних особливостей, що зумовлюклъ увесь спектр ознак його ¡стацюнарносл.

Це змшт у час1 товщина зр1зу а, кути леза у 1 а, тобто ня трансформащя (рис.4), швидисть р1зання V (змнпос-ся Д1аметр оброблюваноУ поверхш), мщшеть ав 1 твер-сть НВ матср1алу зриуваного шару (змшюються де->рмащнний 1 тепловий стан системи р1зання). ТТ харак-ризуеться нетривалим контактом ¡нструменту з заго-вкою(т=0,4-1,5 с), осюльки цикл обробки реащзуеться дегалька оберп'в заготовки п, (шд 5 до 20 об залежно 5 подач! .V, припуску Д, Д1аметра заготовки О) 1 значною 1Томою вагою у цик.т обробки проковзування (до 25%) рез змшу товщини зр!зу вщ 0 (на початку 1 в кшщ цик) до атах 1 вщеутшеть рпання при я/р<0,5 (дшянки I,

Рисунок 3 - Схеми тангенциального точшня: а) попутне; б) зустр!чне

VI). Саме це зумовлюе ту обставину, що дшсш закон зм1ни товщини зрЬу (крив1 2, 3) вщрпня ться вщ теоретичного (крива 1), а час коктак-(число оберта у цикл!) - вщ розрахункового.

Вщомо, що попутне ТТ (ГОТ) мае перева над зустр!чним ТТ (див. рис. 3) за рахунок 61л ших значень псреднього кута при вр^зашп (и) однакових значениях у в момент виходу шстр менту ¡з контакту з заготовкою) I бшьш сприя ливого режиму навантаження леза. Тому проц змши товщини зР;зу з урахування деформацн ПТТ; що мае достатньо широкий „ашр озн елемёнпв обробко!' системи; 4-змша кшемати-

чного иереднього кута; 5-змша кхнематичного нестадюнарносп, прийнятий за базовий БП задньогокута Шляхом змши комплексу фактор1В, що зумо

люють нестацтнаршсть ПР, модель БПР можна перетворити в модель вiдпoвiднoгo способу обро ки (рис.5) I опттшувати резким навантаження лез шструменту з урахуванням властивостей обро люваного та шструментального матер1агпв, Причому в процесс змши режиму навантаження лез шс рументу можна визначати \'х конструктивш1 геометричш параметри, що дозволяе враховувати ко струкцио шструменту при оптимЬаци вщповщного способу обробки.

Реатзащя ТТ в обробшй систем! безперервно! дц, що побудована за роторним принципом ( шпиндельний автомат попутного точшня мод. КА-350), робить Гюго схожим на таю вида оброб р1занням, де робота лез характеризуешься циклом "р1зання - вщпочинок", зокрема, фрезеруваш

НЕСТАЦЮНАРНИЙ ПРОЦЕС Р13АННЯ

лезова обробка

тангеишальне точшня

{П=СОП51, 8=СОП51, Д=СОП81)

У=гаг | в=\'аг | Ь=УагСХ.*0) | НВ=Уаг; сг,=Уаг | у=Уаг;а=\'аг | х

Обточування (розточування) р1вних повсрхонь

рЬсош!; «=е»лй; *=гоп»1; а,}>=<оги;1; 1 - (сзпсрервний

Обточування (розточування) перервних поверхонь

И=еопь1; сидвсопЫ; «=>'аг (т»0)> т-пд>фвним; + аУаг(Х<0)

СтруганКЯ

в-еопш; а,т»сов«1;

* - пеосмший

Торцсве точшня

И= Ум*, «»еопЛ; (•сои*; в.ч^Уяг, т - пгрервннй

Фрезерування

«я У*г(; 0,7= свпв1;

т - персрвкм-,

I « сош< * - У»г

Свердлшня

У* Улг; овсом!; 4=«01Й(; о,т»с«п((;

I. пдсрпиий

Рисунок 5 - Структурна схема моделювання та оштизацй окремого процесу риаиня

Рисунок 4 - Диаграмм змши кшематичних па-раметр1в р1зання впродовж циклу обробки: 1-теоретичний закон змши товщини зр!зу; 2. закон змши товщини зр1зу; З-дШсний закон

Оброблюванни магер1ал

Гнструментальнин хшер>ал

Додатков! умов»

Обробказ внкорнстанням додатково! енерп!

Обробка з викорнстакням додатховнх материна

Обробка без внкорисгання додаткояо) снергн чн матер! ал1В

Модель базового процесу

Программе забезпечення

£

ОптнмЬашя режиму навантаження леза

Моделювання окремого процесу

¡фування тощо. Це дозволило розробити положения про комплексний базовий споаб нестащона-)1 обробки (тангепшальне точшня у поеднант з роторним принципом обробки) 1 на цш основ; ¡глядати нЫ процеси з циклом "р1занга - вщпочинок" як його окрем1 випадки. Тривалють р1зання с контакту леза 31 зр1зуваним шаром) тр=тц-ткх характеризуеться величиною коефодента Кц=(тц-|/тц. Тут тц - час повороту на один кутовий крок шпиндельного барабана при ТТ, ¡нструменту при гзеруванш, заготовки з перервною поверхнею тощо; - час холостого ходу леза.

Такпм чином, враховуточи особливост1 закону змши товщини зр1зу при ТТ, можна вважати, що зцес ТТ подгбний до процеив фрезерування, пипфуваппя тощо. Отже, для вивчення процесу ТТ же бути застосований математлчнпй апарат, розроблений для цих процеив ¡з урахуванням ви-шостей мЬк ними, а саме у тому, що для них У=соп$С, а при ТТ V — уаг. Очевидно, що аналштна а ель ТТ може устшно використовуватися для прогнозування I оптсмзаци умов фрезерування, ¡фування та ¡шлих видав обробки з циклом "р1зання - вдаочинок". На вiдмiнy в1д загалыюприй-Го1 у св1тов1Й практищ1 схеми при такому тдход! запропоновано етап фундаментального моделю-гня роздишти на два пщетапи (рис.6):

базове моделювання, коли розробляеться прогнозуюча модель БПР, у даному випадку - ТТ; функцюнальне моделювання, коли розробляеться прогнозуюча модель окремого виду об-5ки рЬанням, наприклад, точшня, фрезерування, свердлшня тощо, з урахуванням оптимального I заданих вхщних фактор1в режиму навантаження леза ¡нструменту! схеми формоутворення.

Таким чином, розгляд ПР ¡з позицш режиму навантаження лез ¡нструменту за наявноеп модел1 ¡Р, яка враховуе нестацюнарнють ПР, дозволяе устшно реа.шзувати на форма.'пзованому р1вщ шлексний шдх1д у вирниенш проблеми прогнозування роботоздатносп ¡нструменту при заданих

Етап 1 фундаментальна моделювання__^

РТЯЛ11 Етап 1.2 ,

ьп 1 Функцюнальне

Базове моделювання моделюван^р

Етап 2 Приклэдне моделювання

Етап Э Оптим"иац|я

Загэльн) модели

Сил» р'занкя/

Момент/ Потужшт

шстууыеита'С

лЛюстъ тсттуметт

Говорения сгружкн i ТДИТНКГС 30 дробяснну

1"

Яюсгь оброблсноТ поверхни

TU4HICU детаяг

Модель конкретно!' системи |

Геомэтрш Техничт

lHcrp умсчгу ум ов к на

Тип 1ЙОГО оброблюва-

¡кстгу- стружхо- НИЙ MBTEpi&I

ЛОМ Hl i його

особлив осп »ласт Hi осп

Задан!

(що вымогаться) покаэкики обробки

Уочтчя — • Фрезерування -- Свердлмня

Ц|льова

Ф/НКЦ1Я

| Процас j | огттимаацЯ !

Оптимйо-вэм

покаэники обробки

Оптммальи умов и ржания

Оптимально еиб!р (нструменту

сунок 6 - Схема розробки прогнозуючлх моделей npoueciß мехашчноУ обробки ¡з застосуваиням мплексного процесу нестацюнарного р1зання

'resent Situation and Future Trends in Modeling of Machining Operations: Progress report of the CIRP >rking Group Modeling of Operations// Annals of CIRP. - 1998.-V.47.- № 2.- S.587-601

умовах обробки або оптимЬуаати ui умови залежно вщ вимог до обробки.

Роздал 3. "У роздш розроблена методолопя тсоретпчно-експсрименталыгих дослщжень проце нестацюнарного рЬання. Принциповою вщмшою запропоновано! методологп вщ традицшно п] йнятих е виключення використання усердненого впливу фактор1в нестащонарносп у д1апазош з ни показника ПР i обов'язкове урахування закону його змши у чаи при розробш прогнозуючо'У к дсл1. Для практично» реа.щзаш1 прийнято! методологи розроблено алгоритм дослщжень, основни етапами якого е: виявлення комплексу ознак нестащонарносп та фактор'ш, ям ix визначають; виз] чення ступеня впливу кожного фактора на змшшш у 4aci иоказник, який розглядаеться; розроС методу дослщжения цього показника; оцшка достсшрносп та точносй розробленого методу; виз! чення параметр!в закону змши у naci показника та Bii6ip методу його математичного опису; розрс ка алгоритму i програмного забезпечення побудови модел1 HecTauioiiapiioro процесу р1зання з yi хуванням комплексу фактор1в, яи визначають його нестащонаршсть. Основш методолопчш аспек роботи прийняй з урахуванням того, що метода дослщжень квазютацшнарних i нестащонарн npouecie у бьчьшост! випадюв pi3Hi. Специф1чш особливосп процесу ТТ значною Mipoio обмежунг можлшисть використання бшьшост! мстод|в дослщжения традицшних схем формоутворення, нав: добре розроблених.

Розроблеш оригшальш методики експериментального визначення складових сили р1зання, к< фщснга усадки стружки i дшснси товщини 3pi3y, яга дозволяють визначати i'x величину в будь-як момент часу нестационарного резаная (див. рис. 10), а також встановлювати закони i'x змши вир довж циклу обробки. Методика визначення pafliyca округления р1жучоУ кромки передбачае викор! тання растрового електронного мшроскопа. Виконано математичне обгрунтування i здшснено oui ку похибок запропонованих методик, ям знаходяться у межах вщ 5 до 15 %.

На основ1 розроблено! методики теоретичного аналгзу ганематики процесу ПТТ доведено, i дшсний закон змши товщини зр^зу В)др1зняеться вщ теоретичного (див. рис.4). Форма криво!" зако: зм!ни товщини 3pi3y визначаегься величиною проковзування i деформащею системи, що зумовле жорстистю iT елеметтв.

Запропоновано методику оптимального розподшу припуску М1Ж лезами у багатолезовому нал годжснш при переривчастому (нер1вномфному) pi3aHHi (патент 2050226 РФ) з використанням ори) нального способу одержання поверхш з задании ртнем неперервносп (позитивне рииення про в дачу патенту РФ). G можлив1сть встановлювати характер змши показника неперервносп за глиб кою зр1зуваного шару матер1алу та Mipy його впливу на спшасть (зное) лез ¡нструменту. Доведен що за рахунок змши глибини piianiw можна встановити режими навантаження лез ¡нструменту з лежно вщ роботи в умовах переривчастого р1зання по корщ або нер1вном!рного р1зання таким ч ном, щоб роботоздатюсть ycix лез, що працюютъ одночасно, була однаковою, зпдно з умовс (HR)*/t r = const' ДО Hr- характеристика (коефщент) неперервносп у %; яка отримуеться експер

ментально; t - глибина р;зання.

Розроблена методика ощнки умов вр1зання леза ¡нструменту в заготовку i виходу ¡з hci, що д зволяе встановити вид контакту леза 3i зрЬуваним шаром MaTepiany; точки на передпш noeepxni, я в1дповщають початку i затанченшо вр1зання леза в заготовку або початку i заюнченню виходу ¡з hi

1СЛ1довн!сть вступу в контакт точок передньоТ поверх!« i виходу цих точок ¡з контакту. Напрямок ремщення лнш кон

такту по псреднш noBcpxni запропоновано характеризувати параметром S, вщ значения якого ic-тно залежить величина таких елемештв регулювання режиму навантаження леза, як час контакту i рюд робочого ходу, який складаеться з перюлДп врезания, саме рвання i виходу ¡з контакту 31 3pi-ваним шаром. Наведен! анаштичш залежносп i диграми для визначення часу робочого ходу i його ремих перюд^в при pismtx поеднаннях значень геометричних параметров леза i форми nepcpniioi ®epxHi, що обробляеться. Доведено, що форма перервно! noBepxni, що обробляеться, абсототш ачення переднього кута i кута нахилу ргжучоУ кромки та ix знаки впливають не тшьки на вид кон-кту леза ¡нструменту 3i зр1зуваним шаром матер1алу на початку (в кптщ) робочого ходу (точковий, яшний, поверхневий) i напрямок руху лшн контакту по передшй поверхш (параметр S), але й на видюсть ii' перемвдення у напрямку нормал1 до лшй контакту передньо"1 поверхн1 3i зр1зуваним аром материалу, яка характеризуе градиент зм1"ни плогш (часу) контакту р1жучого клина з! зрпува-[м шаром матер!ату, тобто не тшьки умови навантаження леза, а й дипашчпий стан системи.

Вим1рювання складових сили р1зання, термоЕРС, /пйсно'Г товщини 3pi3y i коефннапа укорочен-стружки в умовах TT проводили на експериментальшй установи на 6a3i вертикально-фрезерного рстата 6Р13ФЭ ¡з системою ЧПК 2С42-65, оснащеного шипрювалышм комплексом, що складаеть-з трикомпонентного динамометра УДМ-1200, восьмиканального шдешповача 8АНЧ-21, шестика-льного самописного швидкод1ючого прпладу Н338, приладу управления, датчика Обер пв шпинде-, датчика вщеташ шдукцшного типу i датчика запуску апаратурн.

Дослщження проводилися з використанням методов багатофакторного планування експеримен-! при обробщ заготовок 3i сталей 45, ШХ15, 18ХГН2ТА, eiporo чавуну СЧ21 ¡Нструментами з ердих сплав1в Т15К6, ВК8, ВК10, у тому чисш з покритгями TiN, ZrN. Заготовки, кшьця з пояска-[ шириною 2,5±0,1 мм i д1аметром 70.o,i мм оброблялися у д1апазош режтпв р1зання F=80-650 хв, 5=0,5-1,5 мм/об, 4=0,5-1,5 мм.

Дослщження роботоздатпоезч шетруменпв ¡з мбориту в умовах нер1вном!рного (переривчасто-) р13ання здшсшовалося при чорновому обточувзшп вцушвок h eiporo чавуну СЧ21 i антифрик-Зного BifcoKOMimioro чавуну АЧВ-1 у ¿¡апазош режтпв рпання V= 300 - 780 м/хв, S = 0,05 -5 мм/об, t = 0,1-2,0 мм.

Переривчасте рпаппя сталей 10X17H13M3T i 12Х18Н10Т у виробничих умовах здШснювалося прументами з твердого сплаву ВК8 у д1апазот режш.ив р1зання V =40-50 м/хв, 5=0,5-0,7 мм/об, 5-15 мм.

Роздш 4. У цьому роздш викладеш результата експериментальних дослщжень тангенщального чйшя - базового процесу рпання. Експериментальш модели деформацшних ироцеав, складових ли резания, температура рпання, ¡нтенсивноеп зношування рЬкучого ¡нструменту залежно гид paMexpiu режиму рпання наведет у вид! полшом1в другого ступеня. Вони дають необхщш даш я забезпечення роботоздатноеп розроблено! експеримонтально-аналпично! модсл! нестацюнарно-ПР i е ¡нформацШною базою для оштапзаци i проектування ¡нструменттв, шетрументального иащення, елеменпв обробно? системи з тангенщальною схемою piaamra.

Встановлено, що подача мае найбшьший вплив на головну складову сипи р!зання, а велнч! припуску - на ра/пальпу. Ix збьчьшенпя призводить до росту складових сили ргзашш внаслц збшыиення штенсивност1 вилучення MaTepiany. Швидгасть р1зання мае найменший вплив. 36i. шенкя швидкосп р^зання призводить до незначного зменшення складових сили р1зання.

Найбшьший вплив на усереднений коефицент укорочения стружки мае швидюсть pi3ani менше впливае подача i найменше - величина припуску. Збшьшення швидкосп р1зання, под: i величини припуску призводить до зменшення усередненого коефщента укорочения струж!

Можна щдзначити як складний характер впливу кожного параметра режиму р1зання на показ! ки якоеп, особливо на шорстисть поверхш, так i значний ix взаемовплив. Наприклад, ягацо 3i 36i. шенням подач! при малих величинах припуску (Д=0,5 мм) вщхилення вщ круглоти збиьшуеться, при значних величинах припуску (Д=1,5 мм) цей показник зменшуеться. Аналопчний характер в емовпливу фактор1в на показиики rkocti обробленоУ поверхш при анал131 впливу швидкосп рЬаш подачi на вщхилення вщ круглоти i твер;цсть обробленоУ поверхш можна пояснити як кшематич! ми особливостями TT - трапсформащсю купв i специфмною змшою товщини 3pisy за цикл оброб: - так i ф^зичшши: паявшстго проковзування на початку i кипи циклу, специф!чною змшою тепло; го стану системи на кожному обери заготовки та короткочасшстю контакту ¡нструменту з нею.

Вплив параметр1в режиму рпання на штенсившсть зношування ¡нструменту визначаеться т] валютю характерних процесс проковзування в цикл! обробки. Робота ¡нструменту на таких дшяш характеризуеться вщсутшстю pi3aara та ¡нтенсивним тертям, що змшюе режим навантаження ле номшальну i фактичну площг контакту, тиск, час контакту, температуру р1зання тощо.

Збшьшення швидкосп рЬашш в ¡нтервал1 вщ 86 до 218 м/хв i попутноУ тангенщальноУ подач штервал! вщ 0,5 до 1,5 мм/об призводить до зменшення часу контакту, отже, i частки цих дшяно цикш обробки. При збшьшенш швидкосп ргзання в ¡нтервал! вщ 218 до 350 м/хв переважае зрост ня потужпосп процесу р1запня, що викликае гадвищення температури до значень, близьких до т( ператури плавления оброблюваного матер1алу (рис. 7). Цей результат експерименту добре узгодж ться з результатами модельних розрахунюв (див. рис. 15). Застосування покриття принципово змшюе характер залежносп температури вщ парам етрщ режиму piaanim. Однак покриття знижуи значения середньоТ температури ргзапня внаслщок виявлення тенлооолговалыгого ефекту. Найбьч сприятливим, з точки зору мЫмуму температури р^зання, при обробщ cTani ШХ15 е використа! сплав1в ВК8 i ВК10 з покриттям TiN (ри. 8).

На роботоздатшсть ¡нструменту ¡стотно впливае характер переривност! оброблюваноУ noßepxHi, який ощнювали величиною показника неперервност1 рпання. Найбшьший зное лез шет-pyMenTie при обробщ чавуну спостерп-аетвся при величиш показника nenepepBiiocTi на piBHi 50-70 %. 3i зменшенням показника nenepepBiiocTi до 20-35 % питома вага власне рпання в цикл! обробки теж знижуеться. Таке явище супроводжуе-ться зменшенням величини зносу. Зменшення

Рисунок 7 - Залежшсть температури рпання режиму тангенщального точшпя стал! 111X15

зносу леза шструменту ¡з зрос-таииям показника неггерервно-СТ1 обробки до 80-90 % вадбу-ваеться, незважаючи на збшь-шення сумарного шляху влас-не рпания, за рахунок знижен-ня термоциюпчпих наванта-жень.

Визначеш режими р)зшгая для обробки заготовок з\ сталей 1 чавушв у широкому дхл-пазош 1х властивостей (сталь 45, сталь ШХ15, сталь ХГН2ТА, чавуни марок СЧ) шструментами з твердих сплашв без застосування ЗОТС: К=200-300 св; .9=1,0-1,5 мм/об, Д=1,0-1,5 мм. При цьому забезпечуеться точшсть 1Т7-1Т8 1 шорстюсть оброб-ю1 повсрхш Кл 2,5-3,2 мкм. Встановлено, що для токарно!" обробки переривних поверхонь опти-ньи! значения переднього кута -20-25°, а кута нахилу р!жучоТ кромки -25-30°.

Розд1л 5. Роздщ присвячений моделюваншо базового нестацюнарного процесу рнання - танген-шыгого точшня.

Прийнята спрошена ф1зична модель процесу ПТТ при прямокутному рпанш. Проникнення леза латер1ал заготовки ¡з заданою швидгастю приводить до виникиення напружено-деформованого шу (НДС) матер!алу заготовки, що визначаеться законами теорн пружносп 1 пластичность У ре-гьтат! вщносного руху стружки по передшй повсрхш I заготовки вздовж задньо? повсрхш леза мае ;це тертя, що разом з процесами деформування приводить до видшення теплоти, перерозподш 31 викликае змшу властивостей середовшца, у такий споаб впливаючи на НДС 1 процес утворення во'1 новерхш. Зважаючи на взаемозв'язок 1 взаемовплив описаних вшце процеЫв, приходимо до горитму, що е ¡терацШним процесом розрахунку сил р^зання \ властивостей змщненого та нагрето-матер ¡алу в юнцевому чист точок циклу обробки з урахуванням результат!п розрахунку в попе-дах точках. У цих точках обчислювальна процедура зводиться до чисельного штегрування сис-•ш диференщальних р1внянь теорн пластичность Для анал!зу нестацшнарних нроцеав прийнята замша параметра, що неперервно змппосться, йо-середгеми значениями в окрем1 ¡нтервали часу тривашстю Дт( за припущенням, що на кожному з х вщбуваеться усталений процес ¡з постшним середшм значениям параметра на даному штерваль дасть можлившть виконувати розрахунок тьтьки в кшцевому числ1 точок циклу обробки. Трива-:ть кожного ¡нтервалу в загальному випадку може бути довшьною I визначаеться необхщною точ-;тю, град1ентом змши величини на цьому штервали та методом розрахунку. Для розрахунку НДС ивагнсть ¡нтервалу доцшьно визначати з умови поспйного приросту товщини зр1зу за формулою

лт'=да/^йША4 (1)

Да -заданий прирют товщини зрпу, причому апшх/Аа й А',/ б [1, п] ■

1 2 з

сунок 8 - Залежнють температури р1зання вщ подачи Б при ПТТ аль ШХ15): У=350 м/мин; 1 мм; 1-8=0,5 мм/об, 2-5=1 мм/об, 3-5=1,5 мм/об

и 16

На рисунку 9 подаш результата перетворенняв1- ц

дповщно до.формули (1). При цьому розрахупкош точки вщгюшдають середиш отриманих штсрвашв. Величини сил 1 усадки стружки приймаемо такими, що дор1внюють IX середиш значениям на штервалах, що визначсш з осцилограм. Значения товщини зр1зу 1 ынематичних кут!в у розрахункових точках визна-" чаемо за формулами (2) 1 (4):

а (а> (а-2п)~ Я, (со) (2)

4 Т;К}с

Рисунок 9 - Схема визначення розрахункс вих точок у цшин обробки

де

V - поточнии рад!ус заготов-

ки в точщ А; И<, - ра;иус заготовки до обробки; Яи,„=Ло-Д - рад1ус оброблено! поверхш

^Я^ - Л?1!ш - шлях, що проходить вершина леза за цикл обробки; ю - кут, що вщповвдае поворс

ту митгево! основно! площшш 1\( впродовж контакту ¡нструменту ¡3 заготовкою; ¿о - ташеншальн

подача.

Умовно прийнято, що при со<0, /?г=Ло. У формул1 (2) як аргумент прийнятий ку повороту ш митгево! основно! площини. Ал часто для анашзу залежностей зручно викори стовувати поточний оберт заготовки п,:

/г, = а/2п. (3

Поточш значения кут!в р!зця: У, = Ге+У,. а,=ас-ч/,, (4

де Ос, ус - статичш кути ргзця; у,=\('('соу) - пото чне значения кута трансформацп (рис. 10).

ГОд час анатзу теплових процеав цик. обробки найбшьш зручно роздшити на одна К01П штервали Дт,, що сутгево спрощуе розра хунков1 формули, хоча й викликае деяку по

Рисунок 10- Кшематична схема процесу хибку у зв'язку з Р1зними градаентами змш, тангенщального точшня з прямолшШною подачею: параметр1в рпання впродовж циклу обробки. 1-заготовка; 2-шструмент Розрахунок параметр НДС на кожном;

розглянутому ¡нтервал1 часу з урахуванням стану системи на попередньому виконусться за експери ментальними даними про змшу складових сили р^зання » , к, „ , , а , к, коефвдшт

к-0

укорочения стружки А , к (рис.11) 1 товщини зр1зу (рис.4, залежшсть 3) вщповщно д

Л=0

прийнято! схеми стружкоутворення (рис.12).

О,

'z, н

>у,Н

1 2 3

1

5 6

п,об

'исунок 11 - Закони змши сил рпання 'z(l), Ру(2), Ki(3)

Порядок розрахунк1в наступний:

Визначення кшематичних куп'в за формулами (4).

Рисунок 12 - Схема взаемодн р!жучого клина з оброблюваним матер1алом

Визначення кута зсуву Визначення ступеня деформацн

Визначення напруже.чня зсуву

eos у Kj-siny'

z=Kl-2KLsin^¡ = (ф_ у

KLcosy

Р 3*_со5(п.+фу ^ = сь.

sin Ф COSW ' *

Визначення Bcieí довжини i довжики пластичного контакту:

Cr ={2,05KL-0,55)a{n), C^[K,(l-tgy)+secY]:l{n¡). Визначення сил i контактних напружень на передшй поверхш:

+ ^ \N^Pztcosy-Pr0s¡ny. К =ДГ,/4.,

або

-sin(w + y).

F1 = Pz„siny + Pr0cosy, = FJA^

1 COSÍ IV )

Zp¡0=pt-F, P¡0 = Py - N - складии сили pÍ3ainm па передшй пояерхш. Визначення розподшу контактних напружень:

при О Í \}/у < Б,

с'

т/ч-; п + 1 Fy

l-v, Т T.(v.) = Ts,e-v-,

-- , при е < \¡) ÜI,

1-е. )

Визначення потужносл теплових джерел Щт = kTF,Vc Щг ~ kTFaV; Щ =kaPlV1, г wT ' потужност! тепловидшення джерел, що виникають вщповщно як результат пере-

эду в теплоту деформування, робота енл тертя на передшй i задшй поверхнях р1жучого клину. •

Визначення частки мехатчно! робота, що приводить до змш „, , „., тт. „,

W = kPtV = Щ + Щг + WaT,

iyipimiiboi енергп системи:

г к - коефкцент. який враховуе частку сумарно!" мехашчно'1 енергн, що видшяеться у вигляд1 теп-эти.

X

Огляд лггератури показав, що моделювання квазютацюнарного ПР доцшьно виконувати в ешк ровому формулювашп КЕ задач!, що грунтуеться на р!внянш

ôt ср^З-Д дх) 5Д ôyj) сp дх r дх де А. - коефодент теплопровщнос п, що в загальному випадку залежить вщ температури, Вт/(м°С); - питома теплоемтсть, Дж/(кг-°С); р - об'емна густина матер1алу, кг/м3; qt - об'емна густина тепле видолення BiiyTpininix джерел, Дж/м3; т - час, с; 9=9(x,y,z) - температура, °С; v*, vy - проекцп на oi координат швидкосп частинок середовища, м/с.

Але цей метод не може бути застосованим для моделювання нестацюнарного процесу, кол геометр ¡я системи р1зання зм1нюеться. У цьому випадку задачу звичайно розв'язують у лагранжевс му формулювашп, коли перемщення частинок визначаеться з розрахунку НДС, а р1вняпня тепле провщносп (5) застосовуеться без урахування члешв, що мютять швидкосп частинок середовища.

Розрахунок НДС зони стружкоутворення здШснюеться у лагранжевому формулювашп. Прийш та пружно-пластична з лшшним змщненням модель матер1алу. КЕ модель задачi враховуе змщненн i тертя на контактних поверхнях. Розрахунок теплового стану в систем! phainw здшсшоеться н ochobî ршшння р1вняння теплопровщносп (5) за обрахованими з експерименту потужностями тег лових потоюв. Виведена КЕ математична модель процесу теплопередачь 1птегрування у 4aci - а схемою Кранка-Кколсона. Описан! початков! i граничш умови запропоновано!" КЕ модели РозроС лений орипнальний алгоритм визначення початковкх умов для кожного кроку штегрування.

Для виконання розрахунюв пристосоване утверсальне програмне забезпечення на основ! пакет NISA II/DISPLAY III, що е найменш вимогливим до апаратного забезпечення ЕОМ, i мае достатш naöip шструмент!в. Пряме застосування цього пакету неможливе через специф1чш особливост! прс цесу ТТ. Тому було розроблене спещальне програмне забезпечення, що дозволило пристосуват пакет NISA II/DISPLAY III для розв'язання поставлено! задач!. Програмне забезпечення створено н mobï Watcom С++ для Windows 95, що дозволило ¡стотно збшынити швидисть обчислень. Програ\ ний пакет складаеться з модул1в формування КЕ атки ¡нструменту (tooimesh.exe), формування К еггки заготовки i стружки (workmesh.exe), складання КЕ модел! (join.exe), модуля подавления почат кового поля температури (shift.exe), модуля формування файлу даних для модул!в "nisa2.exe" "heatexe" пакету NISA II/DISPLAY III, а також модуля перегляду результата розрахунк (meshvievv.exe). Вхщш дан! задаються у текстовому файл! даних (test.ini).

На основ! анашу ф!зично! модел! нестацюнарного ПР запропонований узагальнений алгорит його моделювання i прогнозування напруженого стану р!жучо! частини ¡нструменту. Показано, ш на сучасному eTani розвитку науки про р!зання матер!ал!в для в!дпращовання методики можна скс ристатися спрощеним нашвекспериментальним п!дходом. Наприклад, сили р1зання i усадка струя ки, що визначеш з експерименту, е вх!дними даними для розрахунку НДС i температурних пол!в зош р!зання. Сп!льний розрахунок НДС ¡ температурних пешв дозволяе врахувати взаемовпли НДС i теплового стану системи.

Узагальнена блок-схема алгоритму розв'язання uieï задач i для нестацюнарних вид:в обробки, тому чист й TT, наведена на рисунку 13.

Алгоритм е ¡терацшним процесом розв'язання системи нелшшних диференщальних р1внянь. ],икл обробки нестацюнарного процесу подшяеться на N дшянок, величина яких залежить вад мето-1у штегрування диференщальних р1внянь (блоки 5 1 8), а значення величини, що змшюеться, при-[масться таким, що доршшое п середньому значению на дшянщ. Спочатку виконуеться розрахунок ГДС для вслх дшянок циклу обробки. Геометрична модель 1 властивост! матер1алу заготовки кори-уються на кожнш пастуший дшянщ вщгкдадно до результате попередшх розрахунив (блок 4). Исля цього розраховуються штенсившсть 1 закон розподшу джерел 1 стоюв теплоти (блок 7), вико-[уеться розрахунок температурних пол1в у зон! р!зання впродовж усього циклу обробки (блок 8). терацшний процес припиняеться у випадку змпш величини, що контролюеться, наприклад, макси-1алыю'1 температури р1зання, за дон попередш ¡терацй' менше заданого значення, тобто Д9<е. В ¡н-иому випадку розрахунок повторюетьея (блок 10) з урахуванням змши властивоетей матер1алу шд пливом температури (блок 9). Результатом розрахунку е розподми напруження 1 температур у зон! 11зання, що вщображаються у вигляд! д!аграм лшШ однакових напружень I ¡зотерм.

На основ! узагальненого алгоритму створена експериментально-анаштична модель нестащонар-гого ПР (змшш у час! швидшеть р!зання, площа зр!зу, властивост! матер1алу заготовки й шетрумен-у, елементи леза). Модель дозволяе на аналогичному ршш прогнозувати НДС ! тепловий стан р1жу-'1-

Рисунок 13 - Блок-схема сшльного моделювання НДС ! температурних пошв у зон! р!зання

нестац!онарних вид!в обробки

Рисунок 14 - Структурна схема розрахунку напружено-деформованого i тешювого стану системи нестацюнарного р1зання

но! частини ¡нструменту на основ1 розрахунку поля напружень, поля дгформацШ i теплового поля систем! ршння. Прогнозування здшешосться залежно ввд заданих властивостей оброблювано1 матер1алу, шструментального MaTepiany, геометри зр1зуваного шару, елементсв леза, схем формоу ворення ! рЬання тощо (рис.14). Модель реал13ована на 6a3i двох основних модул^в (SSField) (TField), що використовують уншерсальне програмне забезпечення NISA II/DISPLAY III для розв'; зання задач теорн пластичносп га теплопровщноси.

Тестувацня розроблсно!" методики шляхом розв'язування фундаменталышх задач Teopii пружн ст! з подалышм поргвнянням результате \i точними рииеннями дало позитивт результата, що шд верджуе правилыисть робота прийнятих алгоршмв. Роботоздатшсть модсл! теплових процес перевфялася пор1внянням результатов, розв'язання вже вщомих задач ¡з результатами, отриманимп : допомогою описаного плдходу. Нагтриклад, пор1внкння результата розрахунюв гошв температур яю одержан! з допомогою розробленоУ методики i наведених у jiiicpaTypi2 (обробка алюмппево!

2

Sakuma Keizo, Onikura Hiromichi. Cutting mechanism of skiving // Mem. Fac. Eng. Kyushu Univ. -1976. 35. Xs3. -P. 169-185

яаву А1-6061, швидкор1жучий щструмент Т-15 ШБ, швидисгь рпання 0,5 м/с), дозволила зроби-висновок про 1х задовшышй зб1г (розходження не перебшьшуе 10%), що гпдтверджуе роботозда-¡сть методики, { що розроблсш методики 1 програми можуть бута застосоваш для дослщження й тимпащУ практично будь-якого нестащонарного ПР.

Анал13 теплового стану системи рпання за допомогою отримашм модел! ре&тпований для пробу обробки заготовки 070 мм 31 стал1 ШХ15 за способом вшьного попутного ТТ р1зцями з мехаш-им крниенням пластин ¡3 твердого сплаву Т15К6 (ус=-16°, ас=16°). Д1апазони зм1ни парам етр1'в жиму р1зання тага: швидисть р^зання V-86-346 м/хв, подача 5=0,5-1,5 мм/об, припуск Д=0,5-1,5 I. Експериментально визпачел! закони змши складових сили р1зання Ру 1 коефщ!ент усадки эужки К/ за цикл обробки. ., ;

За розробленою методикою виконаш розрахунки температури р!зання 1 температурних п<одв на верхнях леза впродовж циклу обробки, визначеш велнчини 1 напрямки потогав теплообмшу на даШ 1 передшй поверхнях 1 частина теплоти, що накопичуетъся в заданий момент часу циклу об-

' вер----6у

6 п> " башах

6ср----0-

а)

'ушах б)

•ва

п, об

сунок 15- Результата розрахунку ссредшх вс,, 1 максималышх температур р1зання на передшй па,х та задиш 0а тх поверхнях леза: 8=1,5 мм/об; Д=1,5 мма) п=1600 об/хв (У=346 м/хв); п=400 об/хв (У=86 м/хв)

5ки стружкою, заготовкою та шструментом. Розрахунки показали, що середня температура при путному ТТ для означених режишв обробки знаходиться у межах вщ 500 С° до 1000 С° (рис.15), жсимальна контактна температура на передшй поверхш бшьша за середню температуру р1зання иблизно в 1,3-1,5 рази 1 може досягати температури плавления оброблюваного матер1алу при ;идкост! рЬання понад 300 м/хв, що добре узгоджуеться з отриманими результатами експеримен-. Максимальна контактна температура на задшй поверхш рщко перевищуе 300° С. Розрахунки показали, що процес формування теплових потогав 1 Ух параметри при ТТ 1 тради-ших методах обробки значно В1др1зняються. Яйцо коефвдшт пщ1гр!ву с для традицшних методов робки не перевищуе 0,2, залишаючись при р1занш практично незм1нним, то при тангенщальному шип вш може змшюватися вщ 0,1 до 0,85 (рис. 16).

ЗдШснено анал1з залежносп температури р!зання виду = СДД5>К"" > отриманоТ за допомогою

¡робленоИ методики. У д^апазош швидкостей рЬання вщ 86 до 346 м/хв Ь и зростанням темпера-га рпання гадвищуеться. Стушнь впяиву швидкоетс р1занкя на температуру р1зання дуже зале-

Рисунок 16-Змша коефвдента nLiirpiey за цикл обробки

жить в!д величини припуску: Д=0,5 мм - 2=0,2 Д=1,5 мм - z=0,7 (5=0,25 мм/об). Поряд ¡з цим зро тання подачi иризводить до зменшення показнл ступеня г: 5=0,5 мм/об - z=0,7, 5-1,5 мм/об - z=0,5 (Д=1,5 мм). Зростання подач! В1Д 0,5 до 1,5 мм/< р1зко пдашцуе, бшьш шж у 2 рази, щшьшсть тепл вих потоюв теплообмену. Однак при цьому темпер п,об Тура pj3aHHa шдвищусться приблизно на 25-30 %, деяких випадках - на 50. Показник ступеня >==0,2 0,4 залежно в!д швидкосп р1зання i припуску. Змн величини припуску В1Д 0,5 до 1,5 мм на температуру рпаиця ¡стотно не впливае. Залежно вщ шви, кост! ршання i подач! показник ступеня х знаходиться у межах 0,2-0,25.

Розглянемо вплив терм1чних напружень на мшшсть рЬкучоТ частини ¡нструменту для випад1 обробки внутршнЬого кшьця шдшипника 310 на верстатьавтомап роторного типу мод. КА-350, я! можна характеризувати як переривчасте р!зання. Зпдно з отриманим розрахунковим шляхом д1а рамами розподшу штенсивноеп напружень максимально напруження виникають у тонкому ша приблизно на середин! передньо'! поверхш, де спостер!гаються максимальш град!енти температу Максимальна величина напруження (рис. 17, табл.1) спостер!гаеться на початку третього обер-: (стп=750 МПа при температур! 930 °С) i за величиною nopiamoBana для твердого сплаву ВК8 з м жею мщност1 на розтяг i з межею текучост! при щй температур!. 3 анализу розрахункових даш можна також в!дзначити, що величина напружень стискування в рЬкучш частин! ¡нструменту i початку третього оберту досягае практично 1800 МПа, що також nopmraüo з межею мщност! тве] дого сплаву ВК8 при поточнШ температурь Встановлено, шо на початку циклу обробки термм напруження стискування виникшоть на задшй поверхш ¡нструменту (<т,,=139 МПа) i поступово п ремицуються на передню поверхню гад час першого оберту, залишаючись бшя р!жучо! кромк Беручи також до уваги значш напруження розтягу (бшя 500 МПа) у цш дшяшц, можна стверджув, ти, що саме це явшце спричиняе накопичення пошкоджень у дщянщ р^жучо! кромки та и руйнувш ня втомленоеп.

Зазначеш факти дозволяють зробити висновок про те, що матер1ал ¡нструменту при значш градиентах температура досягае свого граничного стану, що може призвести до появи трицин втов

•С

5.0

> Г (

\ РЬашя Вщпочинок

0.12 0.54 4.34 с

/

Сл. ' МПа 80 ® so

Г \ Кзання В1ЦП0Ч1Ш0К Г

40 ■ \ ■

20 11 V 1

0.18 , . 0.42 4.34 V, с

о)

Рисунок 17- Цикл змши максимально!' температури (а) i максимально! штенеивносл напружень (( за цикл «рпання-вщпочинок» у р!жучш частин! ¡нструменту

Габлиця 1 - Максимальна температура, головш напруження, штеисивн1сть напружень ! ;кв1валентш напруження в небезпечшй точщ за критерием Писаренко-Лебедева 1 коефпнент ¡апасу мщносп впродовж циклу "рЬаштя - вщпочинок"

X, с п, об 9тах? °С бср, °С СТЬ МПа (72, МПа стз, МПа о„ МПа а г,, МПа Ив

1Гагр1вання

0 0 20 20 0 0 0 0 0 0

0,009 0,15 242 145 71 -94 -495 440 139 6,1

0,012 0,2 297 250 48 -69 -680 640 176 5,4

0,03 0,5 728 415 141 -124 -1329 1285 377 2,1

0,06 1 820 629 204 -255 -1716 1654 503 1,6

0,09 1,5 968 700 247 -241 -1939 1890 574 1,4

0,12 2 981 757 275 -166 -1954 1917 596 1,3

0,18 3 930 733 559 283 -1872 1843 750 1,1

0,24 4 820 740 434 218 -1482 1462 630 1,3

0,3 5 765 626 434 218 -1538 1520 602 1,3

0,36 6 539 420 294 146 -1077 1070 417 1,9

0,42 7 370 313 232 114 -840 832 326 2,9

0,48 8 195 180 142 67 -460 440 181 5,2

Охододження

0,501 - 155 - 60 -30 -314 314 106 8,5

0,506 - 116 - 56 -21 -224 224 83 10,2

0,53 - 69 - 36 -13 -113 112 46 18,4

ност1 та до штенсифшацп зношування ¡нструменту при застосуванга ЗОТС. Таким чином, отрима-за допомогою розроблено'1 модел1 результата розрахунку шдтвердили тезу про доцшьшсть оброб-сталей без застосування ЗОТС, коли швидкост! р1зання бшыш, шж 250-300 м/хв, тобто в умовах олопчно чистого "сухого" резания,

Роздьп 6 У роздш розроблеш основт принципи практичного застосування нестащонарного рь П1я, побудоват на стабипзащУ режиму навантаження лез ¡нструменту шляхом оптсвшацп його эметричних параметр!в (1), конструкцн ¡нструменту (2) 1 схеми формоутворення (3).

1 Можлшнсть змши плавноеи вр!зання леза у зрпуваний шар материалу та виходу з нього В1д-вшю на початку та гид час закппення робочого ходу шляхом змши виду I форми контакту за хунок зм)ни ку-пв леза дозволяе ефективно керувати динам1чним станом обробноУ системи га и ремими елементами, наприклад, системою р1зання, тобто змшговати режим навантаження леза. 'мплексш доошджепия роботоздатносп ¡нструментсв в умовах перернвчастого \ нер!вном!рного :ання при обробщ заготовок ¡3 важкооброблюваних матер1ал1В гадтвердили це положения.

Встановлено, що для токарноТ обробки перервних поверхонь оптимальними е значения перед-ого кута 20-25° ) кута пахиту ргжучоТ кромки 25-30". Р^зщ з такими геометричними параметрами 5 забезпечують багаторазове пщвшцення ресурсу роботи ¡нструменту, значно зменшують ¡мовф-:ть його раптових вщмов при одночасному тдвнщекш продуктивное^ обробки 5 полшшент яко-

CTi оброблених поверхонь. Таким чином, уже на стадп проекгування ¡нетрументу змшою геометр! чних параметр1в лезаможнарозв'язуаати наступи! задач!:

- зменшувати негативний вплив удар ¡в при врЬанш рЬця в оброблюваний материал i ударив пр завершенш контакту р!зця з оброблюваним материалом на його стШшсть;

- зменшувати втбрацн у технолопчшй систем! при обробц! перервних поверхонь.

2 Розроблена конструкщя стушнчастого р1зця з розташуванням елеменпв у площиш, перпе! дикулярюй основшй (вертикальнш). Це дозволило значно скоротити час обробки за рахунок зма шення ходу pisiw i значно шдвищити Bi6pocTiиметь системи внаслщок наявносл "натягу" систем за рахунок певного кутового розташування piauis. У моменте входу в контакт i виходу з контакт лез phuia ¡з виступами на заготовщ як мнпмум один р!зець здайснюе процес рЬанкя. Зменшеш с; марна сила рпання i момент крутшвд. Проведежй силовий аншпз запропоновано! схеми розмпиа ня р1жучих елеменпв на державщ р>зця пщтвердив щ положения.

Розроблено новий споаб ступшчастого торцевого фрезерування i конструкция фре; (а.с. 1706783). Схема кутового розташування зубадв фрези така, що в будь-який момент часу робот чистового зуба взасмод^я шших зубц!в ¡з заготовкою вщеутня, а тд час проходження непращоючо) чистового зуба над обробленою поверхнею р!зання не вщбуваеться. Це дозволяе ефективно викор! стати р!жуч1 елементи з надтвердих MaTepiama при вилученш великих припуемв, поеднати в одн технолопчшй операци чорнову i чистову обробки, пдаищити ресурс ¡нетрументу i ямсть обробл но! поверхш.

3 Запропоновано деташ з перерлвними поверхнями, наприклад шестери! з штампованим з бом, обточувати за тангенщальною схемою ргзання ртзцями з кутом нахилу р1жучо! кромки до 60°.

Для пщвищення продуктивное« обробних систем безперервноТ да з тангенщальною схемою г зання та розширення !х технолопчних можливостей з метою використашм у сершному виробницт розв'язаш наступш практичш задач!:

- запропонована конструкщя верстата, що поеднуе переваги роторних багатошпиндельннх а томапв типу КА-350 i автомат послщовно! ди з перюднчною ¡ндекеащею типу Bulla (а.е. 1445859, патент 14099UA);

- розроблена ¡дея групового способу обробки деталей на верстатах безперервно!" дн. Запропоп ваш три тили розподшу паралельних потоюв на таких верстатах: кутовий, рад1альннй, осьовий, щ< принципово новим у теори групово!" обробки;

- запропонована конструкщя багатошпиндедьного роторного верстата-автомата змшг структури на 6asi модульного принципу конструювання, що дозволяе решшуаати груповий спос обробки;

- розроблена пропозищя шпиндельного модуля з автономним приводом для роторних автома' змшно! структури;

- розроблеш способи обробки i конструкцн пристро!в: "Cnociб тангеншального точнп (а.с. 1131600); "Цанговий патрон" (а.с. 1177071); "Cnoci6 обробки вкутршшьо? фаски" (а.с. 127166 "Cnoci6 обробки деталей типу тш обертання" (а.с. 1301564); "Ргжуча пластина" (а.с. 1510992).

ЗАГАЛЬШ ВИСНОВКИ

1 У результат! теоретично-експериментальних дослшжень нссташонарних процеав рпання зреш пауков! основи 1 виршена науково-техючна проблема пщвшцення ефекгавноеп мехатчно! обки матер1алу п заданим комплексом властавостей шляхом розробки стратеп!' оптимального ,'вагшя процесом рлзанпя 1 прогнозування напружеио-деформованого 1 теплового стану ргжучоТ гини шструменту.

2 Запропоновано основний принцип моделювання обробки рЬанням, зпдно з яким споаб тан-цального точшня, що мае в силу кшематичних 1 ф1зичних особливостей найбшьш широкий наб!р 1К нестацюнарносп - змшш у чаа значения купв леза, номшальну площу эр13у, швидюсть р)зан-мщшсть I твердють материалу зр^зуваного шару - прийнятий за базовий нестащонарний процес ння що дозволяе шляхом въопоащнсц зм1ни вхщних параметров системи р[зання модель базового цесу перетворити в модел! шших способт мехашчноТ обробки незалежно вад наявно! млькосп у ознак нестацюнарносп та на формал1зовапому р1вш прогнозувати роботоздаттсть лез шстру-ту та оттнзувати режим 1'х навантаження залежно вщ вимог до обробки.

3. Розроблена методолопя теоретично-експериментальних дослщжеш. процеЫв нестацюнарного ння. Принциповою вшмшою запропоновано!' методологн вщ традицШно прийнятих, е неприпус-¡сть спрощення (усередпення) упродовж циклу обробки впливу фактор!в, яи зумовлюютъ неста-шршсть ПР 1 ¡стотно вплившоть на а юнцев! результати. Бона базуеться на обов'язковому враху-;п змш показниюв у чась Основш мстодолопчп! аспекта робота прийют з урахуванням того, що эди досгпджснь квазютацюнарних \ нестацюнарних процеив у бьтыноот випадюв р1зт.

4. Розроблено алгоритм практично! реашзацн прийнято'1 методологи. Основними етапами розро-гого алгоритму дослшжень е: виявлення комплексу ознак нестацюнарносп та фактор1в, яи 1'х гачають; визначення ступеня вплипу кожного фактора на змшний у час! показник, який розгля-гься; розробка методу дослщження цього показника; ощнка достов!рносп та точносп розробле-5 методу; визначення параметров закону змши у час! показника та виб1р методу його математич-1 опису; розробка алгоритму I програмного забезпечення побудови модел1 нестацюнарного про! р1'за!шя з урахуванням комплексу фактор1в, яю визначають його нестацюнартсть.

5 Розроблет оригшальш методики експериментального визначення складових сили р1зання, [шнента усадки стружки ! дШсшм товщини зроу, що дозволяють визначати >х значения у будь-"1 момент часу нестацюнарного р1зання та встановлювати закони змши впродовж часу всього ну, а також методика вим^рювання радоуса округления р1-жучоТ кромки за допомогою растрового стройного м!кроскопа. Дано Ух математичне обгрунтування 1 вироблено оцшку похибки, що значься у межах вш 5 до 15% залежно вщ методу дослдаення. Доведено, що дШсний закон змши цини зр1зу шдрпнясться ¡вд теоретичного, а форма кривоТ закону змши товщини зр!зу визначае-; величиною проковзування! деформащею системи, зумовлено'1 жорстюстю "и елемент1в.

6 Комплексш доошдження базового процесу рпання виявили ¡стотний вплив умов обробки сгично на ва його вихвдш показники, прнчому характер цього впливу значною м!рою визначае-; инематичними 1 ф]зичними особливостями тангенгцального точшня. Отримаш експеримен-.ш модел1 деформацшних пропес1в, сил I температури р1занкя, ¡нтенсивнос-п зношування р1жу-> ¡яструменту в)д параметргв режиму р1зання для р!зних ¡нструментальних матер!'ал!в, у тому

чист 31 зносостшкими покриттями, дозволяють не тшьки отримати ксобхшш дат для забезпечен роботоздатноси розроблено'! експериментально-анал^тичио! модел! нестацюнарного процесу р)з; ня, але й сформувати шформащйну базу для опттнзаци 1 проектування шструменпв, шструм( тальшм оснастки та елеменпв системи з тангенциальною схемою р!зання.

7 На основ! анализу фЬичноТ мод ел! базового процесу р!зання запропоновано узагальнений ; горитм його моделювання, який забезпечуе сшльний розрахунок напружено-деформованого 1 теги вого стану, що дозволяе врахувати Гх взаемовшшв. На основ! цього алгоритму розробдена ексие] ментально-аналггична модель песташонарного процесу р1зання, що дозволяе на анал¡тинному ри •прогнозувати напружено-деформований ! тепловий стан р1жучоТ частини шструменту з метою ста /изаци н навантаження. У загальному вигляд! алгоритм е ¡терашйним процесом розв'язаквд систе . нештйних диференщальних р1внянь. Для цього цикл обробки нестацюнарного процесу подшяеп

на N дшянок, величина яких залежить вщ способу штегрування диференщальних ртнянь, а знач! ня величшш, яка змшгаеться, приймаеться таким, що доршшос середньому значению на дшял Реал1защя алгоритму виконана на основ! модершзованого универсального програмного забезпечеу КЕ анализу.

8 Розрахунок напружено-деформованого стану зони стружкоутворення здшснепо у лаграш вому формулюванш. Прийнята пружно-пластична з лшШпим змщненням модель материалу. КЕ ( дель задач;, що розв'язуеться, враховуе зм1цнення I тертя на контактних поверхнях. Розрахунок т

. лового стану в систем! резания здШснюсться на основ 1 розв'язання р1вняння теплопровдаюст! зп; 1з розрахованими за данимн експсрименту потужностями теплових потаив. Виведена КЕ матема чна модель процесу нестащонарно'! теплопередачи Прийнята схема штегрування у чаа Кран Нколсона. Описан! початков! та гракичш умозн запропоновано! КЕ модель Розроблено \ под: оригшальний алгоритм визначення початкових умов для кожного кроку штегрування.

9 Розроблеш методики анал!тичного розрахунку параметр!в напружено-деформованого ст< в зою стружкоутворення 1 температури р!зання з використанням методу джерел при тангенщаль му точшик Вони дозволяють вганачитн величини, що цкавлять, за експериментальними дани; також виконати !'х прогнозування на ЕОМ. Запропонован! залежиосп, що враховують особливс процесу тангенциального точшня. Роботоздатшсть ус!х пропонованих методик пщтверджена пор нянням результат!в розв'язання тестових задач з вщомими розв'язками, а також ¡3 експеримента ними запежностями. Розроблеш методики ! програми можуть бути застосоваш для дослщжеш; оптнмпацп практично будь-якого нестацюнарного процесу р!зання.

10 Запропоновано наукове положения про комплексний базовий спос!б нестащонарно'! обро( р!занням - тангенц!альне точшня у поеднаню з роторним принципом обробки -! на цш основ! рс лядати вс! процеси з циклом "р!зання - в!дпочинок" як його окрем! випадки (переривчасте р!за1> фрезерування, ншфування тощо). Розроблена методика теоретичного анашзу умов вр!зання л шструменту в заготовку ! виходу з не!" при переривчастому р!занш дозволяе встановлювати вид чатку контакту леза/ц зр!зуваним шаром матер1алу; точки (лнш) на передшй поверхн!, що вщт дають початку 1 юнцю вр!зання леза в зр!зуваний шар материалу ! виходу з нього; постдовш вступу в контакт точок передньоУ поверхн! в зр!зуваний шар матер!'алу ! виходу цих точок Ь кош

з ним, що характернзуеться параметром -9 - напрямком перем1щення лшн контакту по передшй icpxiii.

11 За допомогою розробленоТ експериментально-анаштичноУ модел1 деформащйних i теплових эцсс!в у систем! рпання виявлена важлива роль кшематичноо фактору у створешп передумов uinanii без застосування ЗОТС високошвидюсного таигешналыюго точшня конструкцШних ста-j i снлатпв твердосплавними шструментами (V«10 м/с; S-1,5 мм/об). Теоретично доведене i екс-шменталыю шдтверджене наукове положения про можлив!сть створення умов для реатзацн шопчно чистого "сухого" тангенщального рЬання сталей i чавушв ¡з широким спектром 1х влас-юстей (сталь 45, сталь ШХ15, сталь 18ХГН2ТА, чавуни марки СЧ та imni) при забезпечент точ-л ) IT7- ITS i mopcTKOcri поверхш Ra 2,5-3,2 мкм, тобто показнигав якост1 чистово'1 обробки.

12 На основ! використання припцшца стао!Л!зашУ режиму навантаження лез ¡нструменту шля-л отнмгзацп його геометричних параметр<в, конструкцй ¡нструменту i схеми формоутворення ¡роблена концепция тдвищення ефективносп мехашчноУ обробки i обробних систем за рахунок ¡ни характеру днпамтних навантажень, часу контакту леза ¡з зрпуваним шаром MaTepiany, поед-шя руху гранспортуаапия заготовки з одше'1 позицп в ¡ншу з рухом подач! тощо. Створено перенови для розробки принципово нових техшчних pimem. щструмеютв, оснащения i верстатт. тановлено, що для токарноУ обробки иерервних поверхонь оптимальними е значения переднього га 20-25°, а кута нахилу р^жучоТ кромки 25-30°. Розроблена методика оптимального розподшу :[пуску мгж лезами в багатолезовому налагоджсшп дозволяе встановлюаати характер змши показ-ка nenepepBHOCTi за глибиною зрпуваного шару материалу i Mipy його впливу на стШшсть (зношу-гая) лез ¡нструменту з урахуванням рпно? ¡нтенсивносп зношування, щоб роботоздатшсть ycix ючасно прашоючих лез була одиаковою. Розроблеш конструкгоя crynifwacToro р!зця з розташу-тям елемента у пдощиш, перпендикуляршй основной (вертикальнШ), новий cnoci6 стушнчастого щевого фрезерування i конетрукщя фрези, що дозволяють за рахунок полшшення умов наванта-ння лез i динамичного стану системи при нер1вном!рному i переривчастому pi3aHHi ефективно користовувати при иилученш великих припусюв р!жуч1 елементи з иадтвердих матер1ал1В, поед-ги в однш технолопчнш операци чорнову i чистову обробки, тдвищити ресурс ¡нструменту i сть оброблено! поверхш.

13 Для шдвищення продуктивное« обробних систем безперервног дн i розширення i'x техно-лчних можливостей ¡з метою використання у сершному виробницта розв'язаш настушп практич-задачк запропонована конструкщя верстата, що поеднуе у co6i переваги роторних багатошпинде-шх автомата типу КА-350 i автомата пошпдовноУ ди з першдичною шдекеащею типу Bullard; гроблена щеп фулового методу обробки деталей на верстатах бсзперервноТ дп", запропоноваш три пи розподшу паралельких потоив на таких верстатах, як кутовий, рад1альний, осьовий, що е инципово новим у Teopii груповоТ обробки; подана конструкщя багатошпиндельного роторного зстата-автомата (нашвавтомата) змшно! структури на 6a3i модульного принципу конструювання, | дозволить решпзувати груповий метод обробки; розроблеш способи обробки i конструкцй' при-юГв, що забезпечують тдвшцення роботоздатноеп шструмент:в i полшшення якосп оброблених верхонь при тангепшальному T04iimi.

СПИСОК ОПУБЛ1КОВАНИХ ПРАЦЬ

1 Киктенко А.Н., Хмельницкий Ю.В., Залога В.А., Чернянский П.М. Теоретический аих процесса попутного точения торцовых и фасонных поверхностей. // Резание и инструмент: Ре межвед. науч.-техн. сборник. - Харьков: Вшца школа. - 1980. - Вып. 24. - С.93-97.

2 Хмельницкий Ю.В., Залога В.А., Киктенко А.Н. Точность геометрической формы и шеро: ватость поверхности, обработанной попутным точением // Резание и инструмент: Респ. межв науч.-техн. сборник. - Харьков: Вища школа. - 1983. - Вып. 30. -С.34-38.

3 Жулидов A.B., Залога В.А. Расчет динамической системы СПИД // Металлорежущие стан Респ. межвед. науч.-техн. сборник. - К.: Технка. - 1984. - Вып. 12. - С.15-18.

4 Парфененко С.Г., Залога В.А. Аналитическое определение толщины среза при тангенциа ном точении материалов // Резание и инструмент: Респ. межвед. науч.-техн. сборник. - Харьк Вища школа. - 1984. - Вып. 31. - С.57-60.

5 Ступина Л.Б., Залога В.А., Петренко В.Н., Глушенко С.П. Резец для обработки детале! прерывистыми поверхностями//Химическое и нефтяное машиностроение. - М. - 1984. - №7.-С.42-г

6 Залога В.А., Хмельницкий Ю.В., Киктенко А.Н. Влияние трансформации углов резания г попутном точении на силы резания и шероховатость обработанной поверхности // Известия ВУЗ Машинроение. - М: МВТУ им. Н.Э.Баумана. - 1985. - № 6. - С.106-109.

7 Жулидов A.B., Залога В.А., Носуленко A.A. О связанности колебаний системы СПИД г резании // Металлорежущие станки: Респ. межвед. науч.-техн. сборник.-К.: Техшка.-1986. - Вып. - С.7-11.

8 Залога В.А., Парфененко С.Г. К вопросу об оценке деформационных процессов в зоне об] ботки при тангенциальном точении //Резание и инструмент: Респ. межвед. науч.-техн. сборни Харьков.-1993.-Вып. 47. - С.114-116.

9 Залога В.А., Прнходько В.В. Исследование динамических характеристик процесса резани попутной тангенциальной подачей // Резание и инструмент: Респ. межвед. науч.-техн. сборник Харьков. - 1994. - Вып. 49. - С.162-164.

10 Залога В.А., Хмельницкий Ю.В., Парфененко С.Г. Расширение технологических возможт тей многошпиндельных роторных автоматов попутного точения // GEPGYARTASTECHNOLOG А MUSZAKIFOLYOIARATA, XXXIV. EVFOLYAM (венгр.). - №7, 8. - 1994. - S.335-339.

11 Хворост В.А., Залога В.А., Кулиш А.Н., Колонии A.A. К вопросу о кинематике тангенциа ного резания // Вестник Сумского государственного университета.-Сумы.-1994.-Вып. 1. - С.54-59.

12 Хмельницкий Ю.В., Залога В.А., Закоморный С.Н. Групповая обработка деталей на много пиндельных роторных автоматах // Вестник Сумского государственного университета. - Сумы 1995.-Вып. 3. - С.54-56.

13 Залога В.А., Приходько В.В., Иовенко Л.А. Методика исследования процесса стружкооб] зования при попутном тангенциальном резании // Резание и инструмент в технологических сис мах: Межд. научн.-техн. сборник. - Харьков. - 1995-1996. - Вып. 50.-С.72-76.

14 Залога В.А., Приходько В.В., Гребенюк А.Г. Методика исследования сил резания при поп; ном тангенциальном резании // Вестник Сумского государственного университета. - Сумы -199< Вып. 1(5).-С.44-47.

15 Залога В.А., Приходько В.В., Криворучко Д.В., Иовенко Л.А. К теоретическому анализу ки-атики процесса попутного тангенциального точения // Резание и инструмент в технологических гемах: Межд. научн.-техн. сборник. - Харьков. - 1997. - Вып. 51. - С,101-105.

16 Залога В.А. Перспективы совершенствования обработки труднообрабатываемых материалов дарованием режима нагружения лезвий режущего инструмента // Резание и инструмент в тех-огических системах: Межд. научн.-техн. сборник. - Харьков. - 1998. - Вып. 52: - 0.88-92.

17 Залога В.А., Криворучко Д.В. Методика теоретического анализа деформационных процес-в зоне стружкообразования при попутном тангенциальном точении // Вестник Сумского госу-ственного университета. - Сумы. - 1998. - Вып. 2(10). - С.101-106.

18 Залога В.А. К вопросу о повышения ресурса работы режущих инструментов на стадии их ектнрования // Высокие технологии в машиностроении: Сборник научн. трудов ХГПУ. - Харь. - 1998. - С.114-117. : .

19 Залога В.А., Криворучко Д.В. Анализ контактных температур в системе резания при тангея-льном точении // Высокие технологии в машиностроении: Сборник научн, трудов ХГПУ. - Харь-.-1998. -С.П8-120.

20 Залога В.А., Криворучко Д.В. Расчет температурного поля в системе резания при тангенци-иом точении методом конечных элементов // Резание и инструмент в технологических системах: жд. научн.-техн. сборник. - Харьков. - 1999. - Вып. 53. - С.55-59.

21 Залога В.А., Криворучко Д.В. Анализ условий контактирования лезвия инструмента со сре->.1Ым слоем при прерывистом резании // Резание и инструмент в технологических системах: жд. научн.-техн. сборник. - Харьков. - 1999. - Вып. 54. - С.98-104.

22 Залога В.А., Дядюра К.А. Исследование теплового состояния режущей части инструмента i ПТТ // Вестник ХГПУ: Серия НРСТ. - Харьков. - 1999. - Вып. № 59. - С.66-69.

23 Залога В.А., Криворучко Д.В. К вопросу о перспективах применения САПР в машинострое-I // Вестник ХГПУ: Серия НРСТ.-Харьков, 1999,- Вып. № 66. - С.59-67.

24 Залога В.А., Дядюра К.А., Криворучко Д.В. Исследование влияния покрытия на температуру ания при попутном тангенциальном точении // Hobí материал« i технологи в металургп та маши-удуванш. - 1999. - № 2. - С.132-134.

25 Залога В.А., Дядюра К.А. Исследование износа инструментов с покрытиями при попутном генциальном точении // Вестник национального технического университета "Киевский политех-[еский институт": Машиностроение. - К.: НТУУ "КПИ". - 1999. - № 37. - С.58-62.

26 Залога В.А., Криворучко Д.В. Классификация факторов, определяющих нестационарность |цессов резания, и их влияние на выходные параметры механической обработки// ВЕСТНИК ПУ. Серия НРСТ:- Харьков: ХГПУ, 2000. -Вып. №77. -С. 35-38

27 A.c. 1131600 SU. МКИ В23В 1/00. Способ тангенциального точения / В.А.Залога, к.Личман, С.Г.Парфененко, А.Н.Киктенко (СССР). -Заявл. 24.11.82; Опубл. 30.12.84, Бюл. № 48.

28 A.c. 1271622 SU. МКИ В23В 1/00. Способ обработки внутренней фаски /А.А.Личман, ^.Залога, С.Г.Парфененко, А.Н.Киктенко (СССР).-Заявл. 05.03.85; Опубл. 23.11.86, Бюл. №43.

29 A.c. 1301564 SU. МКИ B23B 1/00. Способ обработки деталей типа тел вращени: В.А.Залога, С.Г.Парфененко, Ю.В.Хмельницкий, А.Н.Киктенко (СССР). - Заявл. 01.11.85; О ну

07.04.87, Бюл. №13.

30 A.c. 1445859 SU. МКИ В23В 9/00. Многошпиндельный токарный станок. Ю.В.Хмельницкий, В.А.Залога, С.Г.Парфененко, А.Н.Киктенко (СССР). - Заявл. 11.02.87; Опу

23.12.88, Бюл. № 47. - Патент 14099 UA. Опубл. 25.04.97, Бюл. №2.

31 A.C. 1510992 SU. МКИ В23В 27/16. Режущая пластина / А.Б.Лоза, В.А.Залога, Э.И.Грицен А.А.Щульженко (СССР). - Заявлено 23.09.87; Опубл. 30.09.89, Бюл. №3 6.

32 Патент 2050226 RU, МКИ В23В 1/00. Способ многопроходной токарной обработю

A.Б.Лоза, В.А.Залога (UA). - Заявл. 02.11.92; Опубл. 20.12.95, Бюл. № 35.

33 Розрахунок режим» р1зання при точшш, свердлшш, фрезеруванш: Навч. nociönn:

B.О.Залога. - К.: 1СДО, 1994. - 168 с. - Укр. та рос. мовами

34 Рабочие процессы высоких технологий в машиностроении: Учебное пособие // Под редак ей АЛГрабченко. - Харьков. -1999. - 436 с.

35 Залога В.А., Парфененко С.Г., Киктенко А.Н. Прогрессивный способ обработки заготовок штампованным зубом // Основные направления экономии и рационального использования металл автотракторостроении: Тез. докл. Всесоюз. науч.-техн. конф. 16-19 октября 1984г. - Челябинск, 1S - С.311-312.

36 Лоза А.Б., Залога В.А., Кривопишин В.И. Особенности использования киборита при обра тке серого чугуна // Сверхтвердые материалы и инструменты в ресурсосберегающих технолог! (тезисы докладов). Вып. 1, К.: УкрНИИНТИ, 1989. - С. 19-20.

37 Залога В.А., Парфененко С.Г., Киктенко А.Н. Влияние режима обработки на деформаи срезаемого слоя при тангенциальном точении // Проблемы резания материалов в современных т нолошческих процессах: Тез. докл. международн. науч.-техн. сем. 4-8 октября 1991 г. - Харьк ХПИ, 1991.-С.115-119.

38 Залога В.А. Анализ взаимосвязи обрабатываемости материалов с их физико-хими механическими свойствами // Критические технологии, автоматизация проектирования и произвс тва изделий в машиностроении: Сб. научн. статей по материалам 4-й международн. науч.-мei конф. - К.: ИСМО, Алушта, 1997. - С.145 -149.

39 Залога В.А., Приходько В.В., Криворучко Д.В. Теоретическое описание кинематики npoi са попутного тангенциального точения. //Высокие технологии в машиностроении: тенденции раз тия, менеджмент, маркетинг: Труды VII Международного научно-технического семинара, 24 сентября 1997 г. -Харьков: ХГПУ, 1997. - С.85-88.

40 Залога В.А. К вопросу о перспективах совершенствования механической обработки труп обрабатываемых материалов резанием на современном этапе развития машиностроения // П гресивна техшка i технолопя машинобудування, приладобудування i зварювального виробниц-Пращ Млжнародио! науково-техшчшн конференцн 25-28 травня 1998 р. - К: НТУУ "КПИ", 199 Т.1. - С.304-309. *

АНОТАЦЙ

Залога В.О. Розробка наукових основ та принцитв практичного використання нестацюнарних нв обробки р1занням на 6a3i попутного тангенщального точшня.

Дисертацш на здобутгя паукового ступеня доктора техшчних наук 3i спещальност! 05.03.01 -шеей мехашчноТ обробки, верстати та шструменти. - Харгавський державний ло.'птехшчяий уш-ситет, Харюв, 2000. - Рукопис.

У диссрташ! виршена науково-техгачна проблема, яка мае важливе значения у створенш науко-; основ шдвищення ефективносп мехашчно! обробки MaTepiany ¡з задании комплексом властиво-й шляхом розробки стратег)! оптимального керування процесом р1зання та прогнозування напру-ю-дсформованого i теплового стану р1жучо! частини шструменту. Запропоновано основний шцип моделювання механично! обробки, зпдно з яким метод тангенщалыюго точшня прийнятий базовий пронес нестацюнарного р!зання. На ochobI анатзу ф13ичнох модел1 базового процесу ропоновано узагальнений алгоритм його моделювання i розроблена експерименталыю-иптична модель нестацюнарного процесу р1зання. Розроблена методололя та виконано комплекс ретично-експериментальних дослшжень процесу тангенвдального точшня. Розроблеш техшчш гения i рекомендацй" для практичного використання високоефективних нестацюнарних пронес;в ання.

Ключов1 слова: моделювання, навантаження шструмента, деформаци, напруження, температура, юблювашсть, тангенщальне точшня, нестащонарний процес рпання, сухе р1зання, вим1'рювання цуса округления леза, станки роторного типу, режим обробки

Zaloha V.A. - Development of scientific framework and principles of utilization of unsteady-state chining operations based on down-feed skiving. - Manuscript.

Thesis for doctor's degree in technical sciences by specialty 05.03.01 - machining operations, machines I tools. - Kharkov State Polytechnical University, Kharkov, 2000.

General trends in modern machine-building evolution turn to machine reliability, competitive product nufacturing, and utilization of both high technology and environmentally appropriate manufacturing icesses. This requires a development of predictive models of performances of both products and their nufacturing operations especially machining ones that promotes a reduction of product introduction stage well as its customer property improvement.

The development of scientific framework which concerns an improvement of efficiency of machining ¡rations of property-specified materials by means of both elaboration of optimum cutting control strategy 1 prediction of cutting tool stress-strain and thermal conditions has been set as a research problem in this sis.

It well known that every machining operation is unsteady-state in general. But unfortunately this does . usually consider and consequently decreases a predictability of machining operation models. With an г of getting deeper understanding of unsteady-state causing factors their analysis has been performed and ir classification has been represented. Technological, input and inner levels of unsteady-state causing tors have been marked out, which has allowed developing of a basic principle of modeling of machining ¡rations. The skiving operation which is distinguished by its widest set of unsteadiness parameters (time-

dependent values of cutting angles, nominal undeformed chip thickness, workmaterial strength a hardness) resulted from features of cutting kinematics and physics has been selected as basic unsteady-st machining operation (BMO). It has been shown that BMO mode! can be actually converted to model of £ machining operation by means of modification of unsteadiness-causing input cutting parameters. It has a been indicated that BMO (skiving) model realization in continuously operating machining system (i. rotary principle based on) makes it be similar with other unsteady-state machining operations especia interrupted ones like milling, grinding, etc. This has allowed developing an approach of model considering every machining operation with cutting-rest cycle included as special case of generali; unsteady-state one (skiving in combination with rotary principle of machining).

A general algorithm of modeling provided mutual calculation of stress-strain and thermal syst conditions has been designed based on BMO physics analysis. It allows an interference of the phenomen; take, into account. A semi-experimental method of simulation of unsteady-state machining operation 1 been developed based on the algorithm.

It is. in general, an iterative method of solution of simultaneous differential equations. It intends cutting cycle of unsteady-state operation to be divided by N pieces, which size depends on integral method and variables to be approximated by their average values on the specified piece. The simulation been proposed to perform by modernization of general-purpose FEA software. FE mesh is generated ba on geometry models of cutting system elements with tool edge radius taking into account. Elasto-pla; with liner hardening material model in Lagrangian formulation is assumed. A friction on tool-chip interf is also considered. Experimentally determined power of thermal sources is used for temperature fi calculation. Crank-Nikolson scheme of heat-transfer equation time integration is employed. Boundary ; initial conditions has been defined and described in details. Specially designed algorithm for determinat of integration step initial conditions has been represented. Techniques of cutting stress, strain ; temperature analytical determinations under skiving have been also developed. Both simulation method analytical techniques has been validated by comparison of test problem results with known solutions experimental data.

Theoretical and empirical research techniques for BMO (skiving) model obtaining, calibration validation has been elaborated. It includes original experimental methods for measurements instantaneous cutting force components, chip ratio and unreformed chip thickness, which allow determir a law of the variable variation. Moreover an original method of tool edge radius measurement has been ; represented. Additionally, both a method of theoretical analysis of tool entry and exit conditions an technique of optimum allowance distribution among tools in tool set under interrupted (non-unifo cutting has been developed.

An obtained empirical models of deformation phenomena, cutting force and temperature, too! wear depending on skiving conditions under usage of various tool materials and coatings have been analy: Cutting speed of200-300 m/rev, feed of 1.0-1.5 mm/rev and thickness of 1.0-1.5 mm are recommended non-coolant skiving of both carbon and alloyed steel and cast iron. This ensures iT7-IT8 dimensii accuracy and 2.5-3.2 |im roughness. A possibility of non-coolant skiving (i.e. under environment appropriate wet conditions) of structural steels and alloys by carbide tools under cutting speed up to 10

feed up to 1.5 mm/rev has been theoretically proved and experimentally confirmed by means of models techniques mentioned above.

An conception of machining operation and system efficiency increasing has been developed based on ilization principles of tool loading conditions by means of optimization of tool design and geometry :ther with forming scheme. This principles involve changing of dynamic loading, tool-chip contact time, :e-to-place workpiece transportation and feed motion overlapping etc. and give rise to developing of iamentally new engineering solutions in the field of tool, apparatus and machine designing. Key words: modeling, tool loading, strain, stress, temperature, machinability, skiving, unsteady-state hining, wet cutting, tool edge radius measurement, rotary-type machine, cutting conditions.

Залога B.A. Разработка научных основ и принципов практического применения нестационар: процессов обработки резанием на базе попутного тангенциального точения. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.03.01 юцессы механической обработки, станки и инструменты. - Харьковский государственный поли-шчсский университет, Харьков, 2000. - Рукопись.

В диссертации решена научно-техническая проблема, имеющая важное значение в создании на-ых основ повышения эффективности механической обработки материала с заданным комплек-свойств путем разработки стратегии оптимального управления процессом резания и прогнози-зния напряженно-деформированного и теплового состояния режущей части инструмента. Пред-:ен основной принцип моделирования механической обработки, согласно которому метод танге-ального точения принят в качестве базового нестационарного процесса резания. На основании щза физической модели базового процесса предложен обобщенный алгоритм его моделирования пработана экспериментально-аналитическая модель нестационарного процесса резания. Разра-ша методология и выполнен комплекс теоретико-экспериментальных исследований процесса унциального точения. Разработаны технические решения и рекомендации для практического менения высокоэффективных нестационарных процессов резания.

Ключевые слова: моделирование, нагружение инструмента, деформации, напряжения, тем-атура, обрабатываемость, тангенциальное точение, нестционарный процесс резания, сухое шие, измерение радиуса округления лезвия, станки роторного типа, режим обработки.