автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.07, диссертация на тему:Совершенствование процесса подготовки режущего инструмента при фрезеровании стеклотекстолита

005003557

Рычков Даниил Александрович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОДГОТОВКИ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА ПРИ ФРЕЗЕРОВАНИИ СТЕКЛОТЕКСТОЛИТА

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

2 4 НОЯ 2011

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Иркутск 2011

005003557

Работа выполнена на кафедре «Технология машиностроения» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Братский государственный университет»

Научный руководитель доктор технических наук, професс

Янюшкин Александр Сергеев

Официальные оппоненты: доктор технических наук, професс

Димов Юрий Владимиров

кандидат технических наук, доце Беломестных Александр Сергеев

Ведущая организация

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Защита состоится «15» декабря 2011 г. в 12ш часов на заседании диссертационного сов та Д 212.073.02 при НИ|«Иркутский государственный технический университет» по -ресу: 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке НИ «Иркутсю государственный технический университет» и научно-технической библиотеке ФГБОУ ВПО «Братский государственный университет», с авторефератом - на официальном с: те НИ «Иркутский государственный технический университет» www.istu.edu и на официальном сайте ФГБОУ ВПО «Братский государственный университет» www.brstu.ru

Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах, подписанные и заверенные печатью организации, просим высылать по адресу; 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, ИрГГУ; уче ному секретарю диссертационного совета Д 212.073.02 Салову В.М. e-mail: salov@istu.edu

Автореферат разослан «11» ноября 2011 г. /]

Ученый секретарь диссертационного совета, к.т.н., профессор

В.М. Салов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Развитие современной промышленности предполагает ис-ользование новых материалов, обладающих уникальными свойствами, отличными от войств традиционных материалов. Требования, которые предъявляются к деталям раз-ичного технического назначения, постоянно изменяются: они должны обладать высо-ми прочностными свойствами в сочетании с малой плотностью и массой. Одним из пособов достижения поставленных требований является применение композиционных еклотекстолитовых материалов, в том числе стеклотекстолитов марок СТЭФ и др.

Наличие высокой прочности у композиционных стеклотекстолитовых материалов атрудняет их обработку резанием, возрастают требования к износостойкости и качеству одготовки режущего инструмента. Применяемый в настоящее время инструмент быст-о изнашивается, теряет свою работоспособность, требует частых переточек, в результа-: чего, возрастают затраты на его эксплуатацию. Стала актуальной проблема изготов-ения инструмента, обладающего высокой работоспособностью и стойкостью, по срав-ению с ранее выпускаемыми конструкциями и оптимального выбора режущего инст-умента для конкретных производственных условий.

В связи с этим, все большее внимание уделяется организации технологии подго->вки инструмента к работе. Этот процесс включает в себя мероприятия по системати-ации имеющейся в распоряжении предприятий обширной номенклатуры инструментов, роме того, имеется необходимость выбора рациональной конструкции инструмента для птимальной реализации технологического процесса обработки изделий из композици-нных стеклотекстолитовых материалов. Для повышения производительности важно пределить рациональные режимы обработки и обеспечить необходимую геометрию инструмента. Также существует необходимость создания новых конструкций сборного инструмента, оснащенного прогрессивными инструментальными материалами и совершенствования способов их затачивания.

Комплекс предлагаемых мероприятий актуален для народного хозяйства и позволит значительно повысить производительность обработки изделий из композиционных стеклотекстолитовых материалов, качество выпускаемой продукции и снизить ее себестоимость.

Цель работы. Совершенствование процесса подготовки режущего инструмента для обработки композиционных стеклотекстолитовых материалов, включающего выбор рациональной конструкции, режимов резания и технологию его затачивания.

Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи исследования:

1. Разработка методики моделирования конструкции сборного фрезерного инструмента для обработки композиционных стеклотекстолитовых материалов с целью выявления и систематизации его конструктивных особенностей.

2. Разработка методики сравнительного анализа фрез, позволяющей оценить конструкцию инструмента в зависимости от задаваемых производственных условий.

3. Исследование способов затачивания режущего инструмента, оснащенного вставками из твердых сплавов, с целью определения наиболее рационального метода, обеспечивающего высокие показатели качества и производительности обработки.

4. Исследование влияния режимов резания на работоспособность режущего инструмента и качество обработанной поверхности композиционных стеклотекстолитовых материалов с целью определения рациональных параметров фрезерования.

5. Разработка программного обеспечения, позволяющего создать базу данных ф зерных инструментов и провести сравнительный анализ конструкций в зависимости задаваемых условий производства.

Методы исследования: Теоретические исследования выполнены на основе i сических законов теоретической механики, теории резания и научных основ техноло машиностроения.

Экспериментальные исследования проведены на заточном станке модели ЗД64 модернизированном под процессы комбинированного электроалмазного шлифован одновременной электрохимической правкой круга и под фрезерование композицион стеклотекстолитовых материалов. Опытные образцы заточенных пластин твердых с вов исследовались с использованием современной аппаратуры: оптического мех графического микроскопа Olympus GX-71, растрового электронного микроскопа Phi SEM 515, оснащенного микроанализатором EDAX Genesis, комплекса для изучения пографии поверхности Zygo NewViewTM 7300, а также профилограф-профилом «Абрис - ПМ7». Математические модели удельного расхода круга, шероховатости з ченной поверхности и периода стойкости в зависимости от режимов резания получ на основе теории планирования экспериментов.

Достоверность: Основные научные положения, выводы и результаты, сформ рованные в диссертационной работе, обоснованы и подтверждены результатами эк риментальных и производственных испытаний. Достоверность и вопроизводим опытов - результатами статистической обработки экспериментальных данных.

На защиту выносятся:

• результаты исследования методов затачивания твердых сплавов алмазными гами на металлической связке;

• результаты исследований работоспособности сборных конструкций фрез, о щенных режущими элементами из твердых сплавов различных марок при обра1" стеклотекстолита СТЭФ-1;

• экспериментальные зависимости шероховатости обработанной поверхн Rmax, мощности резания N и размера фаски износа инструмента от времени фрезеров" стеклотекстолита СТЭФ-1 и режимов резания;

• методика сравнительного анализа конструкций сборных фрез для обраб композиционных стеклотекстолитовых материалов;

• программа для составления базы данных фрезерного инструмента и проведе сравнительного анализа конструкций в зависимости от задаваемых условий произво ва.

Научная новизна:

• предложена методика моделирования сборного фрезерного инструмента, по ляющая систематизировать и описать его конструктивные особенности;

• предложена оригинальная методика сравнительного анализа, позволяющая являть рациональную конструкцию сборного инструмента в зависимости от критер наиболее значимых для заданных условий производства;

• разработано новое устройство для осуществления комбинированного эле алмазного затачивания с непрерывной правкой круга, обладающее технической но ной и имеющее мировой приоритет, позволяющее значительно расширить техноло ские возможности оборудования для затачивания твердосплавного инструмента;

• разработаны математические модели шероховатости заточенной поверхно удельного расхода круга в зависимости от технологических режимов комбинирован

лектроалмазного шлифования, позволившие установить рациональный процесс затачи-ания режущего инструмента;

• разработаны математические модели периода стойкости от режимов обработки •еклотекстолита СТЭФ-1 инструментами, оснащенными твердыми сплавами, позво-ившие установить рациональные режимы фрезерования композиционных стеклотек-шитовых материалов.

Практическая ценность работы:

• разработано программное обеспечение, позволяющее создать базу данных инст-ументов, в короткие сроки оценить параметры имеющихся конструкций и выбрать из их наиболее оптимальный вариант в зависимости от задаваемых условий производства.

• предложены рекомендации по назначению технологических режимов обработки ри формировании режущей кромки инструмента, позволяющие получить наилучшее тество поверхности и производительность затачивания.

• предложены рекомендации по назначению режимов резания при фрезеровании омпозиционных стеклотекстолитовых материалов, геометрии режущей части фрез и спользованию марок твердых сплавов, обеспечивающих высокую стойкость режущего нструмента и качество обработанной поверхности.

Реализация и внедрение результатов работы:

Полученные результаты внедрены в производство и используются в учебном про-ессе ФГБОУ ВПО «Братский государственный университет», а также использованы в аписании отчетов при выполнении научно-исследовательских работ в рамках получен-ых грантов.

Апробация работы:

Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-¡хнических конференциях и семинарах с международным участием: «Механики XXI-еку» (г. Братск, 2007, 2008, 2009 гг.); «Наука. Технологии. Инновации» (г. Новоси-ирск, 2007 г.); «Решетневские чтения» (г. Красноярск, 2007 г.); «Математические метол в технике и технологиях - ММТТ-21»; «Научно-техническое творчество молодых» (г. Барнаул, 2008 г.) для победителей по программе «У.М.Н.И.К»; XXIV Всероссийской конференции «Национальное достояние России» (г. Москва, 2009 г.); Международной научно-технической конференции «ТМ-2010» (г. Воронеж, 2010 г.); Международной научно-технической конференции «Технология - 2010» (г. Орел, 2010 г.); «Современные вопросы науки - XXI век» (г. Тамбов, 2011 г.). Работа отмечена золотой медалью Международной выставки изобретений 2011 (г. Бангкок, 2011 г.); золотой медалью Международного конкурса «Качество товаров и услуг ЕВРАЗИЯ-2010»; золотой медалью Международного конкурса «Качество товаров и услуг ЕВРАЗИЯ-2009»; золотой медалью «Лучшие товары и услуги Сибири - Гемма» (2007, 2008 гг.) серебряной медалью конкурса «СИБЛЕС. ДЕРЕВООБРАБОТКА» в 2009 г., награжден дипломом П степени XXIV Всероссийского открытого конкурса научно-исследовательских, изобретательских работ обучающихся «Национальное достояние России».

Публикации: По материалам диссертационного исследования опубликовано 32 печатных работы, из них 7 статей в журналах, входящих в перечень изданий, рекомендованных ВАК РФ, 1 статья в журнале, рекомендованном ВАК Украины, а также 2 свидетельства о регистрации программы для ЭВМ в РОСПАТЕНТ.

Структура и объем работы:

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, общих выводов по работе, списка литературы и приложений. Основной текст содержит 190 страниц, 61 рисунок, 18 таблиц, список литературы, включающий 122 наименования.

Работа выполнена при финансовой поддержке грантов в рамках проекта 2.1.2./5 АВЦП «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2011 гг.)»-«Основные кономерности микроконтактных процессов комбинированной электроалмазной о ботки композиционных и сверхтвердых материалов»; гранта по програ «У.М.КИ.К.»-<<Соверьчг;;стЕОвание технологической подготовки производства и м дов обработки материалов», а также в рамках мероприятия 1.4. «Развитие внутриросс ской мобильности научных и каучно-педагогических кадров путем выполнения науч исследований молодыми учеными и преподавателями в научно-образовательных трах» федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры ин вационной России».

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении изложена актуальность темы и представлена общая характерно диссертации, сформулирована цель, научная новизна и практическая ценность работь В первой главе проведен обзор научных работ в облаете технологической по товки фрезерного инструмента для обработки композиционных стеклотекстолито материалов, рассмотрена их специфика и особенности, мероприятия по подготовке струмента, проведен анализ существующих САПР в области проектирования коне ций режущих инструментов.

Вопросам подготовки и проектирования режущего инструмента посвящены раб Кирсанова C.B., Коняашна В.И., Морозова В.Г., Зотова Г.А., Амалицкого В.В., Греч никова В.А., Грубе А.Э., Кожевникова Д.В., Жедь В.П., Боровского Г.В., Музьп Я.А., Ипполигова Г.М., Башкова В.М., Кацева П.Г. и др. Авторы отмечают преимущ ва применения сборных конструкций инструментов, их особенности, характерные обработке стеклотекстолитовых материалов. Установлено, что режущая часть таких струментов должна иметь более высокие значения переднего и заднего углов.

Проблемам обработки композитов посвящены работы Баранчикова В.И., Тар нова A.C., Харламова Г.А., Вигдоровича А.И., Сагалаева Г.В., Позднякова A.A., К шина В.И., Памфилова Е.А., Кряжева RA., Макарова А.Д. и др. Отмечено, что реж часть инструментов для обработки таких материалов должна обладать высокой техн гической стойкостью, что достигается применением высокопрочных инструменгаль материалов, которые плохо поддаются обработке при получении высокого качества жущей кромки.

Исследованию проблем формирования режущей кромки инструментов, осна ных твердыми сплавами, посвящено много научных работ, среди которых наиболее но исследованными являются работы Янюшкина A.C. и его учеников. Установлено, наиболее эффективным является комбинированное электроалмазное шлифование кр ми на металлической связке, обеспечивающее наилучшее качество поверхности и вь кую производительность обработки.

В области САПР технологических процессов, в частности, подготовки и прое рования режущих инструментов можно отметить работы Глобы Л.С., Иванова В.В., менева Е.М, Капустина RM., Кожина П.Б., Кондакова А.И., Корчака C.R, Кос И.В., Кочетова B.C., Персдерий A.B., Таратынова О.В., Земского Г.Г., Тарамыкина и др. Однако существующие САПР не имеют единой методики, позволяющей оцени различные конструкции режущих инструментов для заданных условий производства.

Таким образом, проведенный обзор научной литературы и производственного о та позволяет сделать следующие выводы:

• современные композиционные стеклотекстолитовые материалы находят большее применение в различных отраслях промышленности. Однако на сегодняш

день существует проблема, связанная с обработкой таких материалов, также существует большое разнообразие конструкций режущих инструментов для обработки композиционных стеклотекстолитовых материалов с различными способами крепления режущих элементов в корпусе;

• к современным конструкциям предъявляются высокие требования по подготовке режущего инструмента к работе в зависимости от различных условий производства. •Режущий инструмент должен обеспечивать высокую производительность обработки, качество и точность обработанной поверхности, обладая при этом высокой работоспособностью и низкой себестоимостью;

• на сегодняшний день существует несколько различных методик моделирования режущего инструмента, позволяющих описывать конструкции, в том числе методика с применением графовых моделей, которая требует совершенствования с учетом особенностей конструкции инструмента для обработки стеклотекстолитовых материалов;

• с помощью существующей методики сравнительного анализа конструкций при заданных условиях производства представляется возможным определить наиболее подходящий инструмент с точки зрения экономической целесообразности его применения. Однако расчет по этой методике не учитывает конструктивные особенности режущего инструмента, материал режущей части и обрабатываемый материал и, таким образом, ограничивает оптимальный выбор конструкции инструмента;

• анализ существующих САПР, в которых учитывается подбор режущего инструмента, его учет и хранение показывает их большое разнообразие. Однако при выборе режущего инструмента в существующих программах, в основном, руководствуются качеством обработанной поверхности и не учитывают производительность обработки и экономическую целесообразность применяемого инструмента.

• анализ современных методов подготовки и, в частности, затачивания режущего инструмента показывает, что наиболее приемлемым вариантом является способ комбинированного электроалмазного шлифования с непрерывной правкой круга, который требует совершенствования с учетом особенностей режущего инструмента, применяемого при обработке композиционных стеклотекстолитовых материалов.

Вторая глава посвящена методикам проведения исследований по моделированию конструкции сборного инструмента и проведению их сравнительного анализа, выбору метода затачивания инструмента и методикам проведения лабораторных испытаний.

Описание структуры режущего инструмента выполнено с помощью графовой модели, описывающей возможные варианты его конструкций и выявляющей систему структурных, геометрических, конструктивных и эксплуатационных параметров. Предложенная графовая структура является обобщенной, описывает возможные варианты конструкций режущего инструмента и позволяет, с одной стороны, разложить на элементы любую его конструкцию с целью получения более полного представления об устройстве, с другой - построить логическую схему найденного технического решения и оценить его работоспособность.

Любую конструкцию инструмента, основываясь на графовую модель, можно представить в виде матрицы В, которая отражает связи между этапами проектирования инструмента и последовательностью действий по вариантному решению выбора ее рациональных характеристик:

Определение оптимальной конструкции выполнено на примере фрезерного сборн го инструмента X¡, предназначенного для обработки стеклотекстолитовых материалов, котором используются методы, основанные на выявлении критериев А}, наиболее зн чимых для производства в каждом конкретном случае. Каждый из критериев имеет ря параметров/„, влияющих на его значение: К ; = / (г¡2,tt jm ) ,

Критерии, присущие каждой конструкции можно выразить в виде матрицы сме ности:

Далее, по матрице смежности, рассчитыв ется итерированная значимость 1-ого порядка весовой критериальный коэффициент для kí дой конструкции:

П о

Q, = Z f ; q, =-гт

т >=i

Наибольшее значение весового критериального коэффициента свидетельствует большей рациональности применения конструкции.

Для проведения исследований методов затачивания выбраны вольфрамокобальт вые и безвольфрамовые твердые сплавы следующих марок: ВК8, ВКЗМ, ВК15, ТН2 поскольку они являются наиболее предпочтительными для обработки композиционнь стеклотекстолитовых материалов, но их применение связано с определенными трудн стями: достаточно сложно получить качественную режущую кромку при затачиван инструмента традиционными способами обработки из-за высокой хрупкости и прочн сги материалов.

Выбор метода затачивания является одной из важных задач при подготовке и эк плуатации режущего инструмента, поскольку от его параметров зависит качество реж щей кромки и работоспособность инструмента. Одним из перспективных методов явл ется комбинированная электроалмазиая обработка, сущность которой заключается том, что при шлифовании происходит непрерывная правка поверхности алмазного кр на металлической связке и травление затачиваемого инструмента. Из схемы, предста ленной на рис.1, видно, что процесс включает в себя работу двух цепей. Первая це обеспечивает правку круга и состоит из правящего инструмента (катода) и алмазно круга (анода), подключенных к источнику постоянного тока соответствующим образо Между алмазоносным слоем и правящим катодом необходимо обеспечить зазор, равнь 0,05...0,1 мм, в котором находится электролит. Вторая цепь обеспечивает электрохим ческое растворение поверхности обрабатываемого инструмента, что снижает силы рез ния и увеличивает производительность обработки. Вторая цепь включает в себя обраб тываемый инструмент (анод) и алмазный круг, который в данном случае является кат дом, подключенных к источнику постоянного тока соответствующим образом.

В качестве формообразующего инструмента использовался алмазный круг на м таллической связке, имеющий следующие характеристики: форма круга: 12А2-45, тип размер: 150x10x3x40x32, марка алмазов: АС6, связка: М1-01, зернистость: 100/80, отн сительная концентрация алмазов в алмазоносном слое: 100 %. В качестве электрол применялся раствор солей- 0,5 % Na2CO} и 1 % NaCl в воде. В качестве ингибитора ко розии добавлялось 0,5% NaNO¡.

Среди параметров, влияющих на процесс затачивания выделены плотность то правки /„р алмазного круга и плотность тока травления детали, которые варьировали в пределах: /пр = 0...0,0-5 А/см2; /тр = 0...4 А/см2. При этом 5пр = 1,5 м/мин; 5П0П = 0,

АГ(а,) =

к, К2 К, . ■ к„

ап ап а, з . ■ <%

ап аа . • «2

аъг а„ . ■ ast

х„ о„1 - Я,*

мм/дв.ход; К= 19,6 м/с. Выбор пределов варьирования основан на существующих рекомендациях и предварительных исследованиях методов затачивания.

Исследование работоспособности режущего инструмента в различных условиях проводилось на операции фрезерования стеклотекстолита СТЭФ-1. За критерий стойкости принята величина фаски износа по задней поверхности, равная 0,35 мм. При этом применялась сборная дисковая фреза, геометрические характеристики которой представлены на рис.2. Конструкция содержит корпус 1, который имеет посадочное отверстие и пазы, боковые поверхности которых выполнены под углом, для размещения вставок 2, имеющих напаянные режущие элементы 3 с необходимым профилем резания. Вставки 2, выполненные в форме клина и имеющие в основании пазы, ширина которых равна ширине корпуса фрезы, крепятся прижимным клином 4 при помощи винта 5, что исключает смещение вставок в осевом и радиальном направлении. Из рис.2 видно, что угол заострения /? = 55°, передний угол у = 25° и задний угол а = 10°. Выбор в качестве обрабатываемого материала стеклотекстолита марки СТЭФ-1 основан на том, что он имеет высокие механические и прочностные свойства, широко применяется в различных отраслях производства, в том числе и в машиностроении, а также является перспективным конструкционным материалом для изготовления деталей машин. На предварительных этапах также исследовалась обрабатываемость материалов марок: ДСтП-1, СТТ, СТЭФ и СТЭФ-1.

Обрабатываемый инструмент ^

.............'...................................................................... 2-> <=>

Электролит

Правящий катод

Фрета

5 4 3 2 1

Поворотное

- +

Рис. 1. Схема затачивания режущего инструмента комбинированным методом

¿150

Рис. 2. Геометрические характеристики сборной фрезы для обработки композиционных материалов

Среди параметров, влияющих на работоспособность инструмента выделены подача 5г и глубина резания /, которые варьировались в пределах: 5Г = 0,167...0,33 мм/зуб; I = 0,5... 1,5 мм. Выбор пределов варьирования основан на существующих рекомендациях и предварительных исследованиях работоспособности твердосплавного инструмента.

Третья глава посвящена реализации комплекса методик моделирования и сравнительного анализа конструкций.

Выбор оптимальной конструкции режущего инструмента реализуется через соотношение значимости критериев: производительности обработки, работоспособности инструмента, экономической целесообразности его применения, а также качества обработанной поверхности.

Одним из параметров, влияющих на значения перечисленных критериев, является период стойкости инструмента. Сложность определения этой величины заключается в том, что затруднительно получить достоверное значение при варьировании обрабатываемого и инструментального материалов без проведения экспериментов и разработки

математической модели, что яркзодит к неоправданным затратам времени и средств Поэтому необходимо создание методики, позволяющей произвести расчет период стойкости режущего инструмента с учетом различных факторов процесса резания.

Одним из путей решения этой проблемы, представленным в настоящей работе, яв ляется создание единой методики, позволяющей произвести расчет периода стойкост при фрезеровании, учитывая конструктивные параметры режущего инструмента, проч ностные характеристики обрабатываемого и инструментального материалов и режим резания. Таким образом, получим расчетный период стойкости:

Т = Тэ -Кт, мин, где 7Э - период стойкости инструмента, полученный экспериментал но при известном сочетании материалов, мин; Кт - коэффициент изменения период стойкости, зависящий от свойств инструментального и обрабатываемого материале исследуемых и полученных экспериментально.

КТ=КЕ- Кп ■ Кщ • Ктг • Ксж, где КЕ - коэффициент, учитывающий изменение величин

модуля упругости инструментального материала в сравнении с ранее исследованны К-,, - коэффициент, учитывающий влияние твердости инструментального и обрабать ваемого материалов в расчетной системе «инструмент - деталь» и системе, в которо получен экспериментальный период стойкости; Кщ, - коэффициент, учитывающий отн шение прочности на сжатие к прочности на изгиб в инструментальном материале; Ктг коэффициент, учитывающий сопротивление инструментального материала изгибающи усилиям при резании; Ксх - коэффициент, учитывающий сопротивление инструментал ного материала сжимающим усилиям при резании.

Коэффициент, учитывающий изменение величины модуля упругости инструме тального материала в сравнении с ранее исследованным, определяем по формуле:

р где Е , Е* - модули упругости первого рода инструментальног

1ГЛ _ инстр И

е ~ £Э материала для расчетной системы «режущий инструмент - деталь» и дл инстр системы, в которой получен экспериментальный период стойкости, МПа. Коэффициент, учитывающий влияние твердости инструментального и обрабать ваемого материалов в расчетной системе «инструмент - деталь» и системе, в которо получен экспериментальный период стойкости, определяем по формуле:

где Я0бр, Яи|1Стр - твердость обрабатываемого и инструментал ного материалов для исследуемой системы «инструмент - д К. =т-"""" ( таль», НЯА; Я0э6р, Я,?нстр - твердость обрабатываемого и инстр

ментального материалов, на которых был получен экспериме тальный период стойкости, НЯА; 4,5 - коэффициент запа твердости инструментального материала. Если при расчете коэффициента КТв числитель принимает отрицательное значен» это говорит о необходимости применения инструментального материала с больше твердостью для обеспечения высокой работоспособности инструмента.

Известно, что соотношение прочностных характеристик в инструментальном мат риале влияет на его свойства и условия применения. Так увеличение предела прочност на изгиб приводит к повышению сопротивляемости к разрушению, что эффективно пр обработке с высокой степенью нагружения. Повышение предела прочности на сжати ведет к большей сопроткзляемостн износу, сохранению размеров и геометрии режущег элемента. Так как специфика обработки стеклотекстолитовых материалов требует нал чия у инструмента малого угла заострения режущего клина при сохранении качестве1 ной режущей кромки, то, в связи с этим, в инструментальном материале желательн

4,5Но6р Я______

. 4,5 Я-р Н*

еобладание прочности сжатия над прочностью изгиба. Чем больше это преобладание, м выше работоспособность такого инструмента. Таким образом, коэффициент, учиты-ющий соотношение в инструментальном материале прочности на сжатие и прочности изгиб, определяет степень сопротивления износу и рассчитывается по формуле:

= в"™"* где . " пределы прочности инструментального материала на пр <т™сгр изгиб и на сжатие соответственно, МПа.

Расчет коэффициентов Ктг и /Сж ведется в зависимости от величи-I давления, полученного из силовой схемы фрезерования, представленной в диссерта-онной работе:

«нот. 1пб ш6 где <Т^ПР' с7«аТ " пределы прочности ииструмен-

СГ„„. -11) тг "еж чи

щг = —22-; лсж =- тального материала на изгиб и на сжатие соответ-

^ ^у ственно, МПа; Р„ Ру ~ давления на изгиб и сжатие

ответственно, возникающие при фрезеровании, Н/м2.

Результаты расчетов сводятся в формулу для определения условного расчетного ачения периода стойкости, что позволяет вести дальнейшие сравнительные расчеты з дополнительных экспериментальных исследований.

Следующим критерием, который учитывается при выборе оптимальной конструк-и фрезерного инструмента, является производительность обработки. На ее величину ияют режимы резания (подача на зуб, глубина резания и скорость), а также число ьев фрезерного инструмента. Производительность обработки, которую способен еспечить режущий инструмент в соответствии с допустимыми режимами резания для нкретного инструментального материала является важным критерием при оценке его нструкции:

3 где £ - подача на зуб, м/зуб; г - число режущих элементов; / -= ■ 2 ■ ? ■ £——, м глубина резания, м; В - ширина режущих элементов, м; V -71 М1Ш скорость резания, м/мин; (1- диаметр резания, м.

В данном случае трудность представляет определение и выбор режимов резания - каждого случая, что затрудняет расчет и, в некоторых случаях, делает его невозмож-ш вследствие отсутствия справочной информации. В связи с этим предложено ввести правочные коэффициенты, определяющие изменение режимов резания и производи-льности в зависимости от применяемых инструментальных и обрабатываемых мате-алов. Исходные оптимальные значения режимов резания, с которыми производится счет производительности искомых инструментов с учетом поправочных коэффициен-в, определяются возможностями некоторой (исходной) конструкции режущего инст-епта, на которой проведены экспериментальные исследования. Таким образом, поим:

П, , м3/мин,

ли

с Я, - производительность /-той конструкции инструмента; Кх - коэффициент, определяй изменение подачи; К, - коэффициент, определяющий изменение глубины реза-1я; Кг - коэффициент, определяющий изменение скорости резания; :„ Ь, - харакгери-ики /-той конструкции инструмента; 5°°*, ¡от, пот - оптимальные режимы резания для ходной конструкции инструмента.

Произведение поправочных коэффициентов /<"5, К,, Ку можно представить в виде эффициента изменения производительности Ки: КП=К3-К,- Ку.

Производительность во многом определяется возможностями режущего инструмента и зависит от свойств материала, из которого изготовлена его режущая часть, та же как и период стойкости, поэтому для определения коэффициента изменения производительности воспользуемся методикой вычисления периода стойкости, представленно выше. Тогда коэффициент изменения производительности для /-той конструкции опре-

Т

делится следующим образом: К'п =-±-=К'1

Тэ

Это позволяет получить значение производительности, которую способен обеспечить инструмент и скорректировать оптимальные режимы резания.

Другим параметром, влияющим на выбор оптимальной конструкции инструмента, является качество обработанной поверхности (высота микронеровностей И), на которое оказывают влияние режимы резания и число зубьев инструмента: А = /(З^,/,^), мкм.

Методика сравнительного анализа конструкций сборного фрезерного инструменп для обработки композиционных материалов включает в себя оценку экономической целесообразности применения определенного вида инструмента и его конструктивных особенностей для задаваемых условий производства. Экономичность конструкции зависит от многих параметров, учитывающих стоимость инструмента, его качество и целесообразность применения в каждом конкретном случае. Сущность методики заключается в определении приведенных затрат по каждой конструкции фрезерного инструмента сравнении полученных значений:

яз= +*„)-с.-/ ^ руб/м

где Сфр - стоимость фрезы, руб.; Л'рсм - число перестановок или ремонта режущих элементов; Среи - цена ремонта режущих элементов, руб.; Ц01 - цена одного комплекта режущих элементов, руб.; *,.„. - время на заточку одной фрезы, поворот или замену пластин; /уст - время на установку фрез и настройку станка, ч; Сч — часовая ставка рабочего, руб/ч; Т - период стойкости режущей кромки инструмента, м; г - число режущих элементов; / - допустимое число переточек режущих элементов или поворотов режущих пластин.

Полученные значения критериев работоспособности инструмента, производительности обработки, качества обработанной поверхности и экономичности сводятся в матрицу смежности, на основании которой рассчитывается весовой критериальный коэффициент по методике, представленной во второй главе.

Четвертая глава посвящена обработке результатов экспериментов по исследованию методов затачивания и стойкостных испытаний при фрезеровании стеклотекстолита СТЭФ-1.

При затачивании режущего инструмента основное внимание уделялось формированию режущей кромки и качеству сопрягаемых поверхностей, а также удельному расходу алмазного круга, шероховатости поверхности и мощности резания. По результатам экспериментов построены графики (рис.3), позволяющие оценить параметры четырех методов затачивания.

График (рис.3,а) показывает, что наименьший расход инструмента наблюдается при отсутствии воздействия электрохимических процессов. Это объясняется засаливанием поверхности алмазного круга, вследствие чего образуется пленка снятого материала, закрывающая абразивные частицы и исключающая их из процесса резания, что негативно влияет на качество поверхности и увеличивает потребляемую мощность. Наибольший расход инструмента наблюдается при комбинированном методе шлифования, в

вязи с тем, что в данном случае происходит электрохимическое растворение как связки лмазного круга, так и детали, что облегчает процесс резания и приводит к меньшему бразоваиию засаленного слоя. График (рис.3,б) показывает, что наибольшая шерохова-Ьсть поверхности наблюдается при шлифовании с правкой круга, обеспечивающей рас-орение металлической связки алмазного круга и приводящей к обнажению абразивных грен, которые при шлифовании образуют борозды на поверхности обрабатываемой дери. Наименьшая шероховатость наблюдается при комбинированном методе шлифова-¡ия и при травлении детали, поскольку наличие травления обеспечивает растворение оверхностного слоя детали, что снижает высоту микронеровностей.

К Пр Тр о

а) удельный расход алмазного круга (экспериментальные данные получены без учета дополнительной правки алмазного круга)

К Пр Тр о

в) мощность резания Рис. 3. Зависимость параметров обработки от метода затачивания: К - комбинированный; Пр - с непрерывной правкой круга; Тр - с травлением детали;

О - традиционный метод затачивания С другой стороны при отсутствии электрохимических процессов наблюдается снижение шероховатости, поскольку в данном случае происходит засаливание рабочей по-;ерхности алмазного круга, что приводит к ухудшению процесса резания и возникнове-шю трения между поверхностью круга и детали. Изменение эффективной мощности резания от метода затачивания представлено на рис.3,в, из которого видно, что наиболее ■шгьно мощность расходуется при отсутствии электрохимических процессов, а при комбинированном методе шлифования наблюдается снижение Мощности резания.

Оптические исследования (рис.4-6) показывают, что после затачивания твердых ;плавов традиционным методом наблюдается более высокая склонность к образованию (ефектов, чем при обработке другими методами, а величина сколов на режущей кромке составляет порядка 30...85 мкм, полное или частичное сглаживание поверхности свидетельствует о наличии следов трения. Затачивание с травлением детали показывает более ¡удовлетворительный результат, величина сколов на режущей кромке имеет меньшие

значения, на поверхности отчетливо видна структура материала, вследствие э/химических процессов, однако появление при этом электроэрозионных процессов, происходящих в результате контакта детали с засаленным слоем алмазного круга, приводит к образованию кратеров в местах локализации э/энергии.

Шшж

в) с правкой круга

г) с травлением детали

Рис. 4. Режущая кромка твердого сплава ВКЗМ

20цш (

а) традиционный метод

в) с правкой круга

б) комбинированный метод

НННИМРр

ШЩШШ -

20цш

¡¡Шв

г) с травлением детали

Рис. 5. Режущая кромка твердого сплава ВК15 х500

Правка круга обеспечивает более высокое качество поверхности, снижается воздействие трения, однако на режущей кромке, являющейся концентратором внутренних напряжений, присутствуют следы адгезионного износа в виде вырванных с поверхности детали частиц обрабатываемого материала. Наилучшие результаты показывают образцы твердосплавных пластин, заточенных комбинированным методом, величина сколов варьируется в пределах 2...5 мкм, на режущей кромке нет следов адгезионного износа, поверхность имеет равномерную структуру без проявления эрозионных процессов.

Таким образом, комбинированный метод шлифования является наиболее приемлемым при затачивании твердых сплавов, поскольку обеспечивает наилучшее качество поверхности, имеет меньшую склонность к образованию дефектов на режущей кромке, а также низкую шероховатость поверхности.

«... .»sfiäf

? : 20цш

а) традиционный метод

шшшшшшш

......ш

в) с правкой круга

г * -Г. ' 1 ' ШЩ

-......"МЬЩй&^й*

20цт 1—I < ^ - J

б) комбинированный метод

: :у х

20цт I I

г) с травлением детали

вкзм

Рис. 6. Режущая кромка твердого сплава ТН20 *500

Предварительные исследования различных марок композитов показали, что наиболее низкой стойкостью инструменты обладают при фрезеровании стеклотекстолитов.

Исследования работоспособности инструмента при фрезеровании стеклотекстолита СТЭФ-1 показывают, что у фрез, имеющих передний угол у = 25° и задний угол а = 10°, величина фаски износа по задней поверхности при различных режимах резания увеличивается с различной интенсивностью. На рис.7 показано изменение величины фаски износа И, в зависимости от марки применяемого твердого сплава при подаче на зуб равной 0,167 мм/зуб и глубине резания - 0,5 мм.

Период приработки инструмента,

In, мм -

0,35 -0,3 -0,25 Н 0,2 -0,15 -0,1 -0,05 -0 -

О

20

40

60

г, мин

Рис.7. Зависимость изменения фаски износа от времени обработки при = 0,167 мм/зуб и I = 0,5 мм

характеризующийся интенсивным износом режущей кромки, составляет от 2 до 5 минут в зависимости от применяемого твердого сплава. За этим следует период равномерного износа инструмента, продолжительность которого различна для исследуемых инструментальных материалов. Сплав ВК15 при данных условиях обработки выходит из зоны приработки, практически достигая критерия затупления. Для сплавов ВК8 и ВКЗМ период приработки составил порядка 2 минут с величиной фаски износа по задней поверхности равной 0,15 и 0,2 мм соответственно. Сплав ТН20 на данных режимах обработки показывает критически низкую работоспособность, период стойкости при этом состав-

ляет менее 1 минуты, величина фаски износа по задней поверхности после 2 минут фре зерования достигла 0,7 мм, что превышает установленный критерий в 2 раза. Интенсив ный износ режущего инструмента в период его приработки происходит из-за наличк больших удельных давлений, возникающих на острозаточенной режущей кромке в связ1 с малой площадью контакта инструмента с обрабатываемым материалом.

0,16 0,2) 0,26 0,31 мм/зуб 0,4 0,6 0,8 I 1,2 1,4 t, мм

а) при t = 0,5 мм б) при 5- = 0,167 мм/зуб

Рис.8. Зависимость периода стойкости фрез от режимов резания

Зависимость периода стойкости от режимов резания показана на рис.8. При обр' ботке композита СТЭФ-1 твердым сплавом ВК8 с величиной подачи Sz = 0,167 мм/зуб t = 0,5 мм (рис.8,а) период стойкости режущего инструмента составил порядка 50 мин; увеличение подачи Sz до 0,33 мм/зуб при той же глубине резания привело к уменьшение периода стойкости до 2...2,5 мин. Обработка твердым сплавом ВКЗМ показывает лу\ ший результат по сравнению с другими материалами, а период стойкости составил п рядка 76 минут, однако при увеличении S, до 0,33 мм/зуб также резко снижается и с ставляет не более 3 минут. Твердый сплав ВК15 при тех же условиях обнаруживает ни: кую работоспособность, а период стойкости составляет не более 5 минут. Увеличен глубины резания так же оказывает негативное влияние на работоспособность инстр> мента (рис. 8,6). Высокая интенсивность снижения периода стойкости наблюдаето вплоть до t = 0,8 мм, после чего стабилизируется и равномерно приближается к нулю.

Математические модели периода стойкости в зависимости от глубины резания подачи имеют вид:

Для ВК8: Т = 0,82-^75+2'94bi'+2-381"' .,°'46+изы , мин.

Для ВК15: r = 0j66-Sf8+,Illni>3o2,n' ■/2-54+0'65|п' ,мин.

Для ВКЗМ: Т = o,64-£,',44+2,42'"s'+3'44'n' мин.

Шероховатость обработанной поверхности в зависимости от степени износа инс| румента и применяемого твердого сплава изменялась от 10 до 40 мкм (рис.9). Различия -интенсивности увеличения шероховатости в зависимости от применяемого инструме: тального материала можно объяснить характером износа режущей кромки при фрезер^ вании. С одной стороны, исследуемые твердые сплавы в своем составе имеют разли1 ную концентрацию твердой фазы и размеры карбидных зерен, с другой - обрабатывав мый материал имеет неоднородную слоистую структуру. Упрочнителем в данном случг является стеклоткань, прочностные свойства которой во многом превосходят свойств связки - эпоксифенольной смолы по таким параметрам, как твердость и прочность. П

этому, при обработке СТЭФ-1 режущая кромка взаимодействует с двумя материалами, оказывающими различное влияние на стойкость режущего инструмента, что приводит к неравномерному износу.

Rmax, мкм

О

О 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 Ьз,мм

а)

Рис. 9. Зависимость шероховатости обработанной поверхности от степени износа инструмента (а) и обработанная поверхность композита СТЭФ-1 при достижении критерия

затупления инструмента

N, кВт

N, кВт

3,3 3,1 2.9 2,7 2,5 2,3

1,5 мм

0,31 Sz, мм/зуб

Рис.10. Зависимость мощности резания от величины фаски износа по задней поверхности инструмента (а) и подачи на зуб (б)

Мощность при фрезеровании стеклотекстолита в зависимости от роста фаски износа къ по задней поверхности увеличилась на 0,15...0,18 кВт (рис.10,а), что свидетельствует о возрастании сил резания. С увеличением подачи и глубины резания, мощность растет с линейной зависимостью, в связи с увеличением толщины срезаемого слоя обрабатываемого материала и нагрузки на режущий инструмент (рис. 10,6).

Пятая глава посвящена анализу рациональных технологических режимов фрезерования стеклотекстолитовых материалов, экономическому обоснованию применения разработанного программного обеспечения в технологическом процессе и использования сборных конструкций инструментов, оснащенных твердыми сплавами.

Методика сравнительного анализа, представленная выше, реализована в виде комплекса программных модулей. Первый модуль позволяет производить обработку информации по конструкциям режущих инструментов в создаваемой базе данных (рис. 11), второй - производить расчет с целью выявления оптимального варианта для задаваемых условий производства (рис.12).

Рис. 11. Диалоговое окно программы для формирования базы данных

1. Вы&грпт* вбрлоятывяемый млтгрнал 1

2. Выкрик параметры рвичети

Ря<йто<восовя»«ть ШМТруЬК'НГй ■' Качество павушки)

* Производительнее».

* ¡ЗШрШвдЩЗ

р«шмы резмшя Плдэта ГДУвНВЛ РПАНПЯ Скор««-»

0.1« мм,т« №1

Оптимальней ЯВ ЛЯГТС» КОНГГруЕИИЯ:

ЛЬЗ. гготюггь 1500 руС., с псргтачивяемимн ш(ш»в1

Рис.12. Выбор оптимальной конструкции режущего инструмента

Применение данной программы на предприятиях, занимающихся обработкой мат риалов резанием, позволит снизить время на подготовку режущего инструмента, сист матизацию информации и предварительное проектирование новых конструкций, с пс мощью которого можно оценить рациональность изготовления инструмента с точки зр ния экономичности, работоспособности, производительности и качества обработки.

Экономический годовой эффект Эгод, руб. от применения рекомендуемых инстр ментальных материалов определялся по формуле:

год

с т

исх год

с т

срав год

^ис\(пис\ Ц ^кап.исх ' ' ^сршХ^сра« +1) + ^калсрав ' '

где: Сисх и Ссрав - полная стоимость исходного и сравниваемого инструмента соотвеч еггвенно, руб; 7тад - рабочее время на выполнение годовой программы, ч; 7"исх и Тсрав период стойкости исходного и сравниваемого инструмента соответственно, мин; пжх -исрав - допустимое число переточек исходного и сравниваемого инструмента соответст венно; Ткап исх. и Гкап срав - период стойкости между ремонтами исходного и сравниваем« го инструмента соответственно, мин; : - допустимое число ремонтов. Исходные данны и результаты расчета представлены в табл.1.

Таблица

Исходные данные и результаты расчета экономического эффекта от применения

Материал С.руб Г, мин Гкап, мин ; и, шт Ггод, мин Эпод, руб

Р6М5 9787 430 4300 8 10 119220 -

ВК15 11557 460 6900 8 15 119220 7794

ВК8 12106 570 8550 8 15 119220 11200

ВКЗМ 13255 1470 22050 8 15 119220 21914

Таким образом, применение твердых сплавов в качестве режущих вставок в сбор ных фрезах позволяет снизить затраты производства и себестоимость продукции.

Прямой экономический эффект от снижения трудоемкости процесса проектиров,! ния рассчитывается по известной методике по формуле:

где С|, С2 — стоимость обработки единицы информации до дЭ„ =Х(С,М,-С2М2) после внедрения разработанной программы; М\, М2 — объе годовой информации технологической задачи до и после вне дрения разработанного программного обеспечения; п — число взаимосвязанных задач.

В таблице 2 представлены исходные данные и результаты расчета экономического эффекта от применения разработанного программного обеспечения.

Таблица 2

Исходные данные и результаты расчета экономического эффекта от снижения тру-

Параметр п Си руб/ч С,, руб/ч Ми ч/год Мг, ч/год дэл> руб/год

Значение 1 188,55 355,55 360 24 59344

ХаКЛМ иирал^Л!, u^iimwnwii/iw ^uo^uuuiu».'«.. г"..........1 г - *

логических процессов механической обработки, включающих в себя 300 технологических задач в год, позволяет получить экономический эффект до 60000 руб/год.

В приложении диссертации представлены расчеты коэффициентов регрессии математических моделей и акты внедрения полученных результатов в учебный процесс и производство.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Предложена методика моделирования конструкций инструмента, позволяющая представить результат в виде графовой модели, формируя данные в матричной форме.

2. Разработана методика создания баз данных режущих инструментов, позволяющая располагать информацию в соответствующих блоках и работать с программой в диалоговом режиме.

3. Предложена методика сравнительного анализа конструктивных решений при различных условиях сопоставимости с применением методов вычислительной математики, теоретической механики, а также теории резания материалов, позволяющая в короткие сроки выбрать наиболее оптимальный инструмент в зависимости от заданных

критериев производства.

4. Разработан комплекс программных модулей (св-во № 2007613694, св-во № 2010615966), позволивший составить базу данных инструментов, произвести сравнительный анализ конструкций и выбрать наиболее оптимальную в зависимости от задаваемых условий производства.

5. Разработанные программы позволяют оценить конструкцию режущего инструмента с точки зрения критериев, наиболее значимых для производства. Применение этих программ на производстве позволит сократить сроки подготовки режущего инструмента в 15 раз и снизить затраты, связанные с этим в 8 раз.

6. Экономический эффект от применения инструмента, оснащенного сплавом ВК15 составляет 7795 руб/год, при использовании сплава BKS - 11200 руб/год, а сплав ВКЗМ обеспечивает эффект в 21914 руб/год в сравнении с Р6М5.

7. Предложены рекомендации по затачиванию режущих инструментов для обработки композиционных стеклотекстолиговых материалов и определены режимы резания: ¿тр = 3,5...4,0 А/см2, /пр = 0,05...0,06 А/см2, S«, = 1,5...2,0 м/мин, 5П0П = 0,02...0,04

мм/дв.ход, V= 19...20м/с.

8. Предложены рекомендации по назначению режимов резания при фрезеровании композиционных стеклотекстолиговых материалов инструментами, оснащенными вставками из твердых сплавов. Так, при обработке стеклотекстолита марки СТЭФ-1 рекомендуется устанавливать подачу & не более 0,17 мм/зуб, глубину резания t в пределах 0,5...0,6 мм.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Научные статьи в изданиях из перечня ВАК России:

1. Янюшкии АС. Сравнительный анализ конструкций фрезерного инструмента для обработ композиционных материалов / АС. Янюшкин, Д.В. Лобанов, Д.А, Рычков // Системы. Мето Технологии: - 2009. - №3. - С. 83 - 85.

2. Лобанов, ДВ. Организация инструментального хозяйства при обработке композиционных м териалов / ДВ. Лобанов, АС. Янюшкин, ДА Рычков, Н.П. Петров // Станки. Инструмент. - 201 -№ 11.-С. 2-4.

3. Лобанов, ДВ. Оптимизация выбора режущего инструмента на основе методов сравнительно анализа / ДВ. Лобанов, АС. Янюшкин, ДА. Рычков // Фундаментальные и прикладные пробле техники и технологии. - 2010. -Лг° 5-2 (283). - С. 23-31.

4. Lobanov, D.V. Optimal Organization of Tools for Machining Composites / D.V. Lobanov, A. Yanyushkin, D.A Rychkov, N.P. Petrov // Russian Engineering Research, 2011, Vol. 31, No. 2, pp. 15 157.

5. Рычков, ДА Повышение производительности фрезерования на основе автоматизации проект рования сборного инструмента / ДА Рычков, АС. Янюшкин, ДВ. Лобанов // Системы. Мето Технологии. - 2011. - № 2 (10). - С. 91 - 94.

6. Рычков, ДА. Критериальная оценка конструкции режущего инструмента на примере сборн фрезы для обработки композиционных материалов / ДА Рычков, АС. Янюшкин, ДВ. Лобан //Главныймеханик.-2011.-№5.-С. 48-54.

7. Янюшкин, АС. Автоматизированная система создания баз данных и многокритериально сравнительного анализа конструкций сборного фрезерного инструмента для обработки композ ционных материалов ! А.С. Янюшкин, ДВ. Лобанов, Д.А Рычков И САПР и графика. 2011 - № 3 С. 71-73.

8. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ Формирование базы дам фрезерного сборного инструмента. (DB Tools v. 1.0) / А.С. Янюшкин, ДВ. Лобанов, ДА Рычков № 2007613694 от 29.08.2007 г.

9. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ Формирование базы дай инструментов с возможностью выбора оптимальной конструкции фрезерного инструмента заданных условий производства (DB Tools v.2.0)/AC. Янюшкин, ДВ. Лобанов, ДА. Рычков-2010615966 от 13.09.2010 г.

Научные статьи в изданиях из перечня ВАК Украины:

10. Рычков, ДА Исследование работоспособности режущего инструмента на примере фрезеров ния / ДА Рычков, А.С. Янюшкин, ДВ. Лобанов, C.B. Ковалевский, Е.В. Мишура // Научнь вестник ДГМА - 2010 - № 1 (6Е) - С. 203 - 208.

Статьи в других изданиях, патенты:

11. Лобанов, ДВ. Автоматизация процесса создания баз данных сборного фрезерного инструме

/ ДВ. Лобанов, ДА Рычков // Механики - XXI веку. VI Всероссийская научно-техническая ко ференция с международным участием: сборник докладов .-Братск: ГОУ ВПО «БрГУ», 2007. -327-331.

12. Янюшкин, АС. Автоматизация процесса создания баз данных сборного фрезерного инстр мента /АС. Янюшкин, Д.В. Лобанов, Д.А Рычков // Наука. Технологии. Инновации - Матери всероссийской научной конференции молодых ученых в 7-ми частях. Новосибирск.: Изд-во НГ 2007. Часть 3 - 269 с.

13. Янюшкин, АС. Применение комбинированных методов шлифования при затачивании ре щих инструментов / А.С. Янюшкин, ДВ. Лобанов, ДА Рычков // Решетневские чтения : матери лы XI Межунар. науч. конф. / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. - Красноярск, 2007. - 438 с.

14. Янюшкин, АС. Автоматизация процесса выбора конструкции режущего инструмента / А. Янюшкин, Д.В. Лобанов, ДА. Рычков // Механики - XXI веку. VII Всерос. НТК с Междунар. уч стием: сборник докладов. - Братск: ГОУ ВПО «БрГУ», 2008. - С. 161 - 164.

15. Кузнецов, AM. Рационализация процесса фрезерования труднообрабатываемых композицио ных материалов твердосплавным инструментом / А.М. Кузнецов, А .С. Янюшкин, ДВ. Лобано

Е.А. Слепенко, ДА. Рынков // Механики - XXI веку. VII Всерос. НТК с Междунар. участием: сборник докладов. - Братск: «БрГУ», 2008. - С. 196 - 200.

16. Янюшкин, A.C. Компьютерная поддержка инструментального производства / A.C. Янюшкин, Д В Лобанов ДА. Рынков // Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-21 [текст]: сб. трудов XXI Междунар. науч. конф.: в 10 т. Т.4. Секция 5 / под общ. ред. B.C. Балакирева. Саратов: Capar, гос. техн. ун-т, 2008,274 с.

17. Янюшкин, АС. Пути совершенствования технологии подготовки к работе сборного инструмента для обработки древесины и композиционных древесных материалов / АС. Янюшкин, ДВ. Лобанов, ДА Рынков // Сборник выставки-сессии инновационных проектов. - Ижевск: Книго-Град, 2008,- 118 с.

18. Рынков, ДА Программные продукты для автоматизации подготовки инструментального производства на предприятиях / ДА Рынков, A.C. Янюшкин, ДВ. Лобанов // Ползуновский альманах.-2008.-№4. С 214-216.

19. Лобанов, ДВ. Automation of instrumental production / ДВ. Лобанов, АС. Янюшкин, ДА Рынков // Молодежь. Общество. Современная наука, техника и инновации: сб. тез. докл. на иностр. яз. VII Всерос. науч. студ. конф. с междунар. участием (8 мая 2008, г. Красноярск) / Сиб. гос. аэро-космич. ун-т. - Красноярск, 2008. - 280 с.

20. Рынков, ДА Совершенствование технологии подготовки к работе сборного инструмента для обработки древесины и композиционных древесных материалов / Д.А Рынков, АС. Янюшкин, Д В Лобанов // Сборник тезисов докладов участников XXIV Всероссийской конференции обучающихся «НАЦИОНАЛЬНОЕ ДОСТОЯНИЕ РОССИИ». - Москва: НС «ИНТЕГРАЦИЯ», 2009. -1428 с.

21. Рынков, ДА Разработка программного обеспечения для оптимального выбора конструкции режущего инструмента / ДА Рынков, A.C. Янюшкин, Д.В. Лобанов // Россия молодая: передовые технологии - в промышленность: матер. П Всероссийской научно-техн. конф. - Омск: Изд-во Ом-ГТУ, 2009. -Кн. 2. -248 с.

22. Янюшкин, АС. Моделирование режущего инструмента для обработки композиционных материалов / АС. Янюшкин, ДВ. Лобанов, ДА Рынков // Вестник Иркутского регионального отделения академии наук ВШ России. - 2009. - №2(15). - С. 159 - 162.

23. Янюшкин, АС. Методика сравнительного анализа конструкций сборного фрезерного инструмента / АС. Янюшкин, ДВ. Лобанов, ДА Рынков // Механики - XXI веку. VIII Всерос. НТК с Междунар. участием: сборник докладов. - Братск: «БрГУ», 2009. - 250 с.

24. Янюшкин, АС. Комплексная автоматизация проектирования, подготовки и управления инструментальным производством / АС. Янюшкин, Д.В. Лобанов, Д.А Рынков, Т.Е. Лисова // Современные проблемы механики: материалы международной научно-технической конференции. -Ташкент, 2009.-416 с.

25. Янюшкин, A.C. Моделирование сборного инструмента для автоматизации его проектирования и управления подготовкой производства / АС. Янюшкин, ДВ. Лобанов, ДА Рынков // Проблемы механики современных машин: Материалы четвертой международной конференции / ВСГТУ. -Улан-Удэ, 2009. - Т.З. - 284с.

26. Янюшкин, АС. Анализ данных при выборе оптимальной конструкции фрезерного инструмента для обработки композиционных материалов / АС. Янюшкин, Д.В. Лобанов, ДА. Рынков, К.Б. Тюменцев, АС. Дудин // Решетневские чтения: материалы XIII Межунар. науч. конф. / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. - Красноярск, 2009. - 4.2. - 338 с.

27. Янюшкин, АС. Автоматизация технологии подготовки сборного инструмента для обработки композиционных материалов / АС. Янюшкин, ДВ. Лобанов, Д.А Рынков // Технологические методы повышения качества продукции в машиностроении. Воронеж: ВГТУ, 2010. -224 с.

28. Лобанов, ДВ. Оптимизация выбора режущего инструмента на основе методов сравнительного анализа / ДВ. Лобанов, АС. Янюшкин, ДА. Рынков // Фундаментальные и прикладные проблемы машиностроения «Технология - 2010»: материалы XII Междунар. НТК / г. Орел, Орловский государственный технический университет, 2010. - 362 с.

29. Лобанов, ДВ. Совершенствование организации инструментального производства на предприятиях, занимающихся обработкой композиционных материалов / Д.В. Лобанов, ДА Рынков //

Молодые исследователи - регионам: Материалы Всероссийской научной конференции. В 2-х т. Вологда: ВоГТУ, 2010. - Т.1. - 464 с.

30. Лобанов, Д.В. Технологическая подготовка инструментального обеспечения при обработ композиционных материалов сборным фрезерным инструментом / Д.В. Лобанов, А.С. Янюшк Д.А. Рынков // Надежность инструмента и оптимизация технологических систем. Сборник на ных трудов. - Краматорск, вып. № 27,2010. - 188 с.

31. Лобанов, Д.В. Режущий инструмент как фактор экономической эффективности производст /Д.В. Лобанов, А.С. Янюшкин, ДА. Рычков //Современные вопросы науки - XXI век: Сб. науч. по материалам VII междунар. науч.-пракг. конф. - Тамбов: Изд-во Тамбовского областного инст туга повышения квалификации работников образования, 2011. - Вып. 7. - 4.3. -160 с.

32. Рычков, ДА Период стойкости режущего инструмента как критерий его работоспособное: ДА. Рычков, АС. Янюшкин // Жизненный цикл конструкционных материалов (от получения утилизации): мат-лы докладов Всерос. с международным участием науч.-техн. конф. (Иркутск, - 29 апреля, 2011 г.) / под ред. С. А Зайдеса. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2011. - 316 с.

Подписано к печати «?» /У_2011 г.

Формат 60x84 1/16. Усл. печ. л. 1,375 Тираж 100 экз. Бумага офсетная. Печать трафаретная. Заказ № Отпечатано в издательстве ФГБОУ ВПО «БрГУ» 665709, Братск, ул. Макаренко, 40

Список сокращений.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕОРИИ В ОБЛАСТИ ПОДГОТОВКИ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ ОБРАБОТКИ

КОМПОЗИЦИОННЫХ СТЕКЛОТЕКСТОЛИТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ.

1.11. Специфика композиционных стеклотекстолитовых материалов.

1.2. Фрезерный инструмент, применяемый при обработке композиционных стеклотекстолитовых материалов, особенности конструкции.

1.3. Используемые и прогрессивные инструментальные материалы для обработки композиционных стеклотекстолитовых материалов.

1.4. Требования, предъявляемые к конструкциям инструмента в зависимости от различных условий производства.

1.5. Организация инструментального производства.

1.6. Моделирование режущего инструмента.

1.7. САПР инструмента и САПР инструментального производства.

1.8. Прогрессивные методы подготовки инструмента к работе. Мероприятия по подготовке инструмента.

Выводы по первой главе.

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Методика моделирования конструкции сборного фрезерного инструмента.

2.2. Методика создания программного обеспечения для формирования базы данных.

2.3. Методика сравнительного анализа конструкций фрезерного инструмента.

2.4. Методика проведения лабораторных исследований.

2.4.1. Характеристика применяемых в исследованиях режущих инструментов и инструментальных материалов.

2.4.2. Выбор метода затачивания режущего инструмента.

2.4.2. Характеристика применяемых для исследований композиционных стеклотекстолитовых материалов.

2.4.3. Характеристика применяемого оборудования и приспособлений.

2.4.4. Методика исследования основных параметров и состояния режущей кромки? инструмента после затачивания.

2.4.5. Методика исследования работоспособности и состояния режущей кромки инструмента в процессе обработки стеклотекстолита СТЭФ-1.

Выводы по второй главе .;.

ГЛАВА 3. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПОДГОТОВКИ РЕЖУЩЕГО

ИНС ТРУМЕНТА К РАБОТЕ

3.1. Описание конструкций сборного фрезерного инструмента для обработки композиционных стеклотекстолитовых материалов.

3.2. Создание программного обеспечения для формирования базы данных инструментов.:.

3.3. Сравнительный анализ конструкций; режущих инструментов.

Выводы по третьей главе.

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЗАТАЧИВАНИЯ И РАБОТОСПОСОБНОСТИ ФРЕЗЕРНОГО ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ ОБРАБОТКИ КОМПОЗИЦИОННЫХ СТЕКЛОТЕКСТОЛИТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ.:.

4.1. Исследование влияния методов затачивания на качество режущих элементов твердосплавных сборных фрез.

4.2. Исследование влияния режимов резания на процесс обработки стеклотекстолита СТЭФ-1 при фрезеровании инструментом, заточенным комбинированным методом электроалмазного шлифования.

4.3; Исследование работоспособности режущего инструмента при фрезеровании стеклотекстолита СТЭФ-1.

Выводы по четвертой главе.

ГЛАВА 5. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ НАУЧНЫХ РЕШЕНИЙ И ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОБРАБОТКЕ

КОМПОЗИЦИОННЫХ СТЕКЛОТЕКСТОЛИТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ.

5.1. Автоматизированная программа для создания базы данных и выбора рациональной конструкции инструмента.

5.2. Экономическое обоснование применения фрезерного инструмента, оснащенного твердыми сплавами.

5.3. Экономическое обоснование применения разработанного программного обеспечения при выборе оптимальной конструкции режущего инструмента.

Развитие современной промышленности предполагает в качестве конструкционных материалов использование композитов, в том числе композиционных стеклотекстолитовых материалов, обладающих свойствами, отличными от свойств-традиционных материалов, поскольку требования, предъявляемые к деталям различного технического назначения, постоянно изменяются: они должны обладать высокими прочностными свойствами-в, сочетании с малой плотностью и массой.

Наличие у композиционных стеклотекстолитовых материалов наполнителей, обладающих высокими прочностными характеристиками, затрудняет их обработку резанием, возрастают требования к износостойкости и качеству подготовки инструмента. Применяемый-в настоящее время-инструмент быстро изнашивается; теряет свою работоспособность, требует частых переточек, в результате чего, возрастают затраты на его эксплуатацию. Стала- ак туальной проблема изготовления инструмента, обладающего высокой работоспособностью и стойкостью; по сравнению с ранее выпускаемыми конструкциями и оптимального выбора режущего инструмента для конкретных производственных условий. Вопросам* подготовки й проектирования режущего инструмента посвящены работы Амалицкого В.В.,.Гречишникова В.А., Грубе А.Э., Кожевникова Д.В., Кирсанова С.В:, Коняшина В;И., Морозова В.Г., Зотова Г.А., Жедь В.П., Боровского Г.В., Музыканта Я.А., Ипполитова Г.М., Башкова В.М., Кацева П.Г. и др. Авторы отмечают преимущества применения сборных конструкций инструментов, их особенности, характерные при обработке композиционных стеклотекстолитовых материалов. Установлено, что режущая часть таких инструментов должна иметь более высокие значения переднего и заднего углов.

В связи с этим, все большее внимание уделяется организации технологии подготовки инструмента к работе. Этот процесс включает в себя мероприятия по систематизации имеющейся в распоряжении предприятий обширной номенклатуры инструментов. Кроме того, имеется необходимость выбора рациональной конструкции инструмента для оптимальной реализации технологического процесса обработки изделий. Для повышения производительности важно определить рациональные режимы обработки и обеспечить необходимую геометрию инструмента. Существует необходимость создания новых конструкций сборного инструмента, оснащенного прогрессивными инструментальными материалами и совершенствования способов; формирования режущей, кромки. Проблемам обработки композиционных материалов посвящены работы Баранчикова В.И., Тарапанова A.C., Харламова Г.А., Вигдоровича А.Иц Сагалаева Г.В., Позднякова A.A., Коняшина В.И., Памфилова Е.А., Кряжева H.A., Макарова А.Д. и др. Отмечено, что режущая часть инструментов для обработки таких материалов должна обладать высокой износостойкостью, что достигается применением высокопрочных инструментальных материалов, которые плохо поддаются« обработке при получении высокого качества режущей кромки. Исследованию проблем формирования режущей кромки инструментов, оснащенных твердыми сплавами, посвящено много научных работ, среди которых наиболее полно исследованными являются работы Янюшкина A.C. и его'учеников. Установлено, что наиболее эффективным является комбинированное электроалмазное шлифование кругами на металлической связке, обеспечивающее наилучшее качество поверхности и высокую производительность обработки.

Комплекс предлагаемых мероприятий актуален для народного хозяйства и позволит значительно повысить производительность обработки композиционных стеклотекстолитовых материалов, качество выпускаемой продукции и снизить ее себестоимость.

За основу исследований взяты разработки в области теории резания, математических методов и сравнительного анализа, теоретические основы проектирования режущих инструментов и основные положения теоретической механики.

Целью работы является совершенствование процесса подготовки режущего инструмента для обработки композиционных стеклотекстолитовых материалов, включающего выбор рациональной конструкции, режимов резания и технологию его затачивания. В задачи работы входит:

1. Разработка методики моделирования конструкции сборного фрезерного инструмента для обработки композиционных стеклотекстолитовых материалов^ целью выявления и систематизации его конструктивных особенностей.

2. Разработка методики сравнительного анализа фрез, позволяющей оценить конструкцию'инструмента'в зависимости от задаваемых производственных условий.

3. Исследование способов затачивания режущего инструмента, оснащенного вставками из твердых сплавов, с целью определения наиболее рационального метода, обеспечивающего высокие показатели качества-и производительности обработки.

4. Исследование влияния режимов резания на работоспособность режущего инструмента и качество обработанной поверхности композиционных стеклотекстолитовых материалов с целью определения рациональных параметров фрезерования.

5. Разработка программного обеспечения, позволяющего создать базу данных фрезерных инструментов и провести сравнительный анализ конструкций в зависимости от задаваемых условий производства. Научная новизна работы:

1. Предложена методика моделирования сборного фрезерного инструмента, позволяющая систематизировать и описать его конструктивные особенности;

2. Предложена оригинальная методика сравнительного анализа, позволяющая выявлять рациональную конструкцию сборного инструмента в зависимости от критериев, наиболее значимых для заданных условий производства;

3. Разработано новое устройство для осуществления комбинированного электроалмазного затачивания с непрерывной правкой круга, обладающее технической новизной и имеющее мировой приоритет, позволяющее значительно расширить технологические возможности оборудования для затачивания твердосплавного инструмента;

4. Разработаны математические модели шероховатости заточенной поверхности и удельного расхода круга в зависимости от технологических режимов'комбинированного электроалмазного шлифования, позволившие установить рациональный процесс затачивания режущего инструмента;

5. Разработаны математические модели, периода стойкости от режимов обработки стеклотекстолита СТЭФ-1 инструментами, оснащенными твердыми сплавами, позволившие установить рациональные режимы фрезерования композиционных стеклотекстолитовых материалов. Практическая ценность работы:

1. Разработано программное обеспечение, позволяющее создать базу данных инструментов, в короткие сроки оценить параметры имеющихся конструкций и выбрать из них наиболее оптимальный вариант в зависимости от задаваемых условий производства.

2. Предложены рекомендации по назначению технологических режимов обработки при формировании режущей кромки инструмента, позволяющие получить наилучшее качество поверхности и производительность затачивания.

3. Предложены рекомендации по назначению режимов резания при фрезеровании композиционных стеклотекстолитовых материалов, геометрии режущей части фрез и использованию марок твердых сплавов, обеспечивающих высокую стойкость режущего инструмента и качество обработанной поверхности.

Расширенное использование результатов исследований возможно в проектных, технологических и научных организациях, создающих режущий инструмент, а также на предприятиях, занимающихся механической обработкой изделий из композиционных стеклотекстолитовых материалов.

В первой главе проведен анализ существующих конструкций фрезерного инструмента для обработки композиционных стеклотекстолитовых материалов, исследованы методики моделирования конструкции режущего инструмента и САПР, учитывающие их подготовку и учет. Рассмотрены комбинированные способы формирования режущей' кромки инструментов, оснащенных прогрессивными марками инструментальных материалов, и определено, что наиболее приемлемыми являются способы электроалмазного шлифования. На основании вышеизложенного сформулированы основные цели и задачи исследования.

Во второй главе приведены методики моделирования конструкции сборного фрезерного инструмента, создания программного обеспечения и сравнительного анализа конструкций в различных условиях производства, описаны характеристики применяемых для исследований инструментов, оборудования и обрабатываемых материалов, а также методики проведения лабораторных испытаний.

В третьей главе представлена реализация методики сравнительного анализа применительно к фрезерному сборному инструменту, определены критерии оценки его конструктивных особенностей, создано программное обеспечение для составления базы данных инструментов, а также выполнено планирование экспериментальной части работы по исследованию работоспособности фрезерных инструментов при обработке стеклотекстолита СТЭФ-1.

В четвертой главе произведен анализ полученных экспериментальных данных по затачиванию твердых сплавов различными способами электроалмазной обработки, из которых выбран тот, который выявляет рациональные характеристики качества и производительности процесса формирования режущей кромки инструмента, получены математические модели зависимости шероховатости обработанной поверхности, удельного расхода алмазного круга и мощности резания от режимов обработки и способа формирования режущей кромки инструмента. Построены графические отображения полученных зависимостей. Приведен анализ экспериментальных исследований работоспособности режущего инструмента при фрезеровании стеклотекстолита СТЭФ-1, получены эмпирические зависимости периода стойкости, шероховатости обработанной' поверхности, фаски износа и мощности резания от режимов и времени обработки. Построены графические отображения полученных зависимостей. Выявлены оптимальные значения геометрических характеристик режущей, части инструмента и режимов фрезерования при обработке стеклотекстолита СТЭФ-1.

В пятой главе представлена автоматизированная программа, реализующая методику сравнительного анализа конструкций сборных фрезерных инструментов, для. составления-базы данных инструментов с возможностью выбора его рациональной конструкции в зависимости от задаваемых условий производства, проведено экономическое обоснование применения сборных конструкций фрезерного инструмента, оснащенного • вставками из твердых сплавов, а также определен экономический- эффект от применения разработанного программного обеспечения при выборе рациональной конструкции режущего инструмента. Разработаны, рекомендации по назначению режимов резания при обработке композиционных стеклотекстолитовых материалов инструментами, оснащенными вставками из твердых сплавов, по применению оснастки для затачивания режущих инструментов комбинированным способом электроалмазной обработки.

В заключении диссертации сделаны выводы по проведенной работе, приведены теоретические данные повышения производительности подготовки режущего инструмента и снижения затрат, связанных с этим. На защиту диссертационной работы выносятся: 1. Результаты исследования методов затачивания твердых сплавов алмазными кругами на металлической связке;

2. Результаты исследований работоспособности сборных конструкж^-^-фрез, оснащенных режущими элементами из твердых сплавов разлх^^^ ных марок при обработке стеклотекстолита СТЭФ-1;

3. Экспериментальные зависимости шероховатости обработанной повегщр^ ности Ятах, мощности резания N и размера фаски износа инструмент^ 0т времени фрезерования стеклотекстолита СТЭФ-1 и режимов резания

4. Методика сравнительного анализа конструкций сборных фрез для обра. ботки композиционных стеклотекстолитовых материалов;

5. Программа для составления базы данных фрезерного инструмент?^ и проведения сравнительного анализа конструкций в зависимости от За даваемых условий производства.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Предложена методика моделирования конструкций инструмента, позволяющая представить результат, в виде графовой модели, формируя данные в матричной форме.

2. Разработана методика создания баз данных режущих инструментов, позволяющая располагать информацию* в.соответствующих блоках и работать с программой в диалоговомфежиме.

3. Разработана методика сравнительного анализа конструктивных решений при различных условиях сопоставимости с применением методов вычислительной, математики, теоретической механики; а'также теориифезания материалов, позволяющая в короткие сроки выбрать наиболее оптимальный-инструмент в зависимости от заданных критериев производства.

4. Разработан комплекс программных модулей- (св-во № 2007613694, св-во № 2010615966), позволивший составить базу данных инструментов; произвести сравнительный анализ конструкций и выбрать наиболее оптимальную в зависимости от задаваемых условий производства.

5. Разработанные программы позволяют оценить конструкцию режущего инструмента с точки зрения-критериев; наиболее значимых для производства. Применение этих программ на производстве позволит сократить сроки подготовки режущего инструмента в 15 раз и снизить затраты, связанные с этим в 8 раз.

6. Экономический эффект от применения инструмента, оснащенного сплавом ВК15 составляет 7795 руб/год, при использовании сплава ВК8 -11200 руб/год, а сплав ВКЗМ обеспечивает эффект в 21914 руб/год в сравнении с Р6М5.

7. Предложены рекомендации по затачиванию режущих инструментов для обработки композиционных стеклотекстолитовых материалов и опреде

2 2 лены режимы резания: /ф = 3,5.4,0 А/см , /пр = 0,05.0,06 А/см , Snp =

1,5.2,0 м/мин, SU = 0,02.0,04 мм/дв.ход, V= 19.20>м/с.

8. Предложены рекомендации по назначению режимов резания -р>и фрезеровании композиционных стеклотекстолитовых материалов инст-д— ментами, оснащенными вставками из твердых сплавов. Так, при обрабо~ж- л<е стеклотекстолита марки СТЭФ-1 рекомендуется устанавливать подачу ^сае более 0,17 мм/зуб, глубину резания t в пределах 0,5.0,6 мм.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Показано, что композиционные стеклотекстолитовые материалы широко применяются в машиностроении, производятся на основе различных связок с использованием высокопрочных наполнителей, что усложняет их обработку.

Проведен анализ различных конструкций^ режущих инструментов для1 обработки композиционных стеклотекстолитовых материалов, выявлены их особенности. Установлено, что сборные конструкции инструментов имеют преимущества в сравнении с цельными.

Возникает проблема хранения и< обработки* информации о конструкциях режущего инструмента и его учета в связи с наличием на предприятиях широкой номенклатуры сборного инструмента. Кроме того, возникает необходимость в автоматизации процесса выбора рациональной конструкции* режущего инструмента в различных условиях производства, поскольку принятие синтезированных решений при выборе того или иного инструмента требует больших затрат времени у технологов и конструкторов, занимающихся подготовкой» производства и, в частности, подготовкой инструмента к работе.

В связи с этим, для решения ряда задач, связанных с хранением и обработкой информации о конструкциях сборного инструмента, создана методика моделирования» конструкций сборного фрезерного^ инструмента, позволяющая описать любую конструкцию в зависимости от известных характеристик и представить результат в виде графовой модели, формируя выходные данные в матричной форме.

Разработана методика создания баз данных, позволяющая автоматизировать систематизацию информации о конструкциях сборного фрезерного инструмента для обработки композиционных стеклотекстолитовых материалов.

Для выбора рациональной конструкции режущего инструмента разработана методика сравнительного анализа конструктивных решений при различных условиях сопоставимости с применением методов вычислительной математики, сопротивления материалов, теоретической механики, а также теории резания материалов. Эта методика позволяет выбрать наиболее подходящий инструмент в зависимости от заданных условий производства, таких как работоспособность инструмента, качество обработанной поверхности, производительность обработки и экономичность, значения которых зависят от периода стойкости режущего инструмента.

Методики моделирования и сравнительного анализа реализованы в программном обеспечении, позволяющем создавать-базу данных инструментов и проводить сравнительный анализ их конструкций с целью1 выбора наиболее оптимальной из них для задаваемых условий производства.

Разработанное программное обеспечение позволяет оценить конструкцию режущего инструмента с точки зрения критериев, наиболее значимых для производства. Его применение на производстве позволит повысить производительность подготовки режущего инструмента в 15 раз, снизить затраты, связанные с этим в 8 раз.

Экономическое обоснование применения на предприятии разработанного в настоящей диссертационной работе программного обеспечения^ показывает значительный экономический эффект.

Стойкостные испытания режущих инструментов, оснащенных твердыми сплавами марок ВКЗМ, ВК8, ВК15 и ТН20, при фрезеровании стеклотекстолита СТЭФ-1 показывают, что работоспособность инструмента, имеющего вставки из сплава ВКЗМ практически в 1,5 раза выше, чем у ВК8 и более чем в 10 раз выше, чем у сплавов ВК15 и ТН20.

Экономическое обоснование применения сборных конструкций инструментов, оснащенных режущими элементами из твердых сплавов показывает их преимущества в сравнении с быстрорежущими сталями.

Таким образом, установлено, что применение высокопрочных инструментальных материалов, какими являются твердые сплавы с повышенным содержанием карбидной фазы, более предпочтительно, однако вызывает трудности при их затачивании. Проведенные исследования методов затачивания показывают, что наиболее подходящим с точки зрения обеспечения качества и производительности является способ комбинированной электроалмазной обработки, технология которого разработана на кафедре «Технология машиностроения» ФГБОУ ВПО «БрГУ» [104, 108, 111].

На основе экспериментальных исследований разработаны рекомендации по затачиванию режущего инструмента- и фрезерной обработке композиционных стеклотекстолитовых материалов. Для осуществления данного метода затачивания необходимо применять алмазные круги на металлической связке, например алмазный круг 12А2-45 150x10x3x40x32 AG6 М1-01 100/80. В качестве оснастки для осуществления правки рабочей поверхности алмазного круга рекомендуется применять.устройство, обеспечивающее непрерывную подачу электролита в зону правки, регулировку зазора между контактными поверхностями круга и катода и- автоматическое отведение катода по окончании работы. В качестве электролита рекомендуется» применять проводящие электрический ток жидкости, например водный- раствор 0,5 % NCI2CO3 и 1 % NaCl, с добавлением 0,5 % NaN02 в качестве ингибитора коррозии.

Обработку композиционных стеклотекстолитовых материалов рекомендуется производить инструментом, имеющим следующие геометрические параметры: передний угол у = 20.25°; задний угол.а = 10. 12°; угол заострения р = 55.60°. Также разработаны рекомендации по назначению режимов резания, позволяющие оптимизировать процесс фрезерования композиционных стеклотекстолитовых материалов.

Применение разработанных рекомендаций по затачиванию режущего инструмента, оснащенного вставками из твердых сплавов, а также по-обработке композиционных стеклотекстолитовых материалов на практике позволяют увеличить период стойкости фрез, производительность обработки и качество поверхности, что в конечном итоге оказывает влияние на себестоимость продукции.

1. Амалицкий« В.В. Станки и инструменты-деревообрабатывающих предприятий / В.В. Амалицкий* В.И: Любченко. — Mi: Лесная промышленность, 2003.-399 с.

2. Амалицкий В.В: Теория и конструкция деревообрабатывающих машин / В.В. Амалицкий, Г.А. Комаров, В.М*: Кузнецов. М.: Лесная промышленность, 2004. — 608 с.I

3. Варданян Г.С. Сопротивление материалов с основами теории упругости и пластичности: Учебник для вузов / Г.С.Варданян, В.И. Андреев, Н.М. Атаров, A.A. Горшков; Под ред. Г.С. Варданяна. -М.: АСВ, 1995. 568с.

4. Васильев Е.В. Повышение производительности алмазного шлифования твердосплавных изделий и ресурса кругов выбором оптимальных схем и режимов шлифования и характеристики круга: Дисс. . канд. техн. наук. Омск, 2005. - 169 с.

5. Вигдорович А.И. Древесные композиционные материалы в- машиностроении: Справочник / А.И. Вигдорович, Г.В. Сагалаев, A.A. Поздняков. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1991. - 233с.

6. Глоба JI.C. Система автоматизированного проектирования технологических процессов обработки деталей фрезерованием: Дисс. . канд. техн. наук. Киев, 1984. - 333 с.

7. Горбачев Д.В. Оптимизация параметров системы инструментального обеспечения автоматизированных станочных систем в единичном и мелкосерийном производстве: Дисс. . канд. техн. наук. — Москва, 2005.- 167 с.

8. Гречишников В.А. Проектирование режущих инструментов: учебное пособие / В.А. Гречишников, С.Н. Григорьев, И.А. Короткое, А.Г. Схиртладзе. 2-е изд., перераб. и доп. - Старый Оскол: ТНТ, 2010. -300 с.

9. Гроссман Ф. Разработка композиций на основе ПВХ / Под ред. Ф. Гроссмана; Пер. с англ. В.В. Гузеева М.: Машиностроение, 2009. — 608 с.

10. Грубе А.Э. Дереворежущие инструменты / А.Э. Грубе. М.: Лесная промышленность, 2001. — 472 с.

11. Дальский А.М. Технология конструкционных материалов: Учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов. 6-е изд., испр. идоп. / A.M. Дальский, Т.М. Барсукова, А.Ф. Вязов и др. М.: Машиностроение, 2005. - 592 с.

12. Деренговский А.Г. Напряженно-деформированное состояние линейно-упругого материала в окрестности вершины остроугольного концентратора напряжений: Дисс. канд. техн. наук. Орел, 2007. — 196 с.

13. Дибнер Л.Г. Справочник молодого заточника металлорежущего инструмента. — М.: Высш. школа, 1990s — 208 с.

14. Домбрачев А.Н. Разработка автоматизированной системы определения сложности и прогнозной трудоемкости- изготовления деталей; инструментального производства: Дисс. . канд. техн. наук. Ижевск, 2005. — 128 с.

15. Жедь В.П. Режущие инструменты, оснащенные сверхтвердыми и керамическими- материалами; и их применение: Справочник / В.П: Жедь, Г.В. Боровский, Я.А. Музыкант, Г.М. Ипполитов. М.: Машиностроение, 1987.-320 с.

16. Зотов Г.А. Станочный дереворежущий инструмент (практические рекомендации) / Г.А. Зотов. М.: Лесная промышленность, 2005. — 312 с.

17. Иванов В.В. Программный комплекс T-FLEX Технология 10 / САПР и графика. 2006. №9. С. 44 47.

18. Каменев Е.М. Система автоматизации конструкторско-технологической подготовки производства ADEM-VX / САПР и графика. 2007. №12. С. 14 19.

19. Капустин Н.М. Комплексная автоматизация в машиностроении: Учебник для студ. высш. учеб. заведения / Н.М. Капустин, П.М. Кузнецов,

20. Н.П. Дьяконова; Под ред. Н.М. Капустина. М.: Издательский центр «Академия», 2005. - 368 с.

21. Кожевников Д.В; Режущий инструмент: Учебник для вузов / Д.В:,Кожевников, В.А. Гречишников; С.В. Кирсанов, В.И. Кокарев;. A.F. Схиртладзе: М.: Машиностроение, 2005:,-528; с.

22. Кожин Г1.Б. Разработка программного:- обеспечения САПР средств управленияшроектом»на*основе теорииграфов:.Автореф; дисс: . канд. техн; наук. Москва; 2009. — 24 с. • ,

23. Композиционные; материалы: Справочник / В.В. Васильев, В1; Д; Протасову В .В. Болотин и др;; Под общ: ред. В.В. Васильева, Ю.М. Тарнопольского. — М.: Машиностроения; 1990. — 512 с.

24. Кондаков А.И^ САПР-технологических процессов: учебник для'вузов — М.: Издательский центр «Академия», 2007.-272 с.

25. Коныпин Д.В. Повышение точности и производительности профильного шлифования технологически нежестких протяжек путем рационального выбора режимов обработки, оснастки и характеристики инструмента: Диссканд. техн. наук. Омск, 2005. — 149 с.

26. Коняшин В:И; Фрезерование:древесностружечных плит и древесины с применением ножей с поверхностным покрытием из нитрида титана: Автореф. дисс. канд. техн. наук. — Москва, 1990. — 17 с.

27. Костецкий Б.И. Поверхностная прочность материалов при трении: / Б.И. Костецкий, И.Г. Носовский, А.К. Караулов и др. Под ред. д-ра. техн. наук Костецкого Б.И. Киев: «Техшка», 1976. - 296с.

28. Костюк И.В. Интеллектуальная поддержка автоматизированной системы управления инструментообеспечением на машиностроительном предприятии: Автореф. дисс. . канд. техн. наук. Набережные Челны, 2009.- 17 с.

29. Кочетов B.C. Автоматизация производственных процессов в протусыш-ленности строительных материалов: Учеб. для техникумов / B.C. Кочетов, В.И. Кубанцев, A.A. Ларченко и др. Л.: Стройиздат. Ленингр. отд., 1986.-392 с.

30. Кравченко Ю.А. Разработка и исследование алгоритмов функционирования подсистем САПР оптимизации выбора конструкционных композиционных материалов по критериям прочности: Дисс. . канд. техн. наук. Таганрог, 2001. - 142 с.

31. Кряжев H.A. Фрезерование древесины / H.A. Кряжев. М.: Лесная промышленность, 1979. — 200 с.

32. Кузнецов A.M. Повышение эффективности фрезерования композиционных древесных материалов мелкозернистым твердосплавным инструментом: Автореф. дисс. канд. техн. наук. — Иркутск, 2009. — 2.0 с.

33. Кузьмин Б.А. Технология металлов и конструкционные материалы: Учебник для машиностроительных техникумов / Б.А. Кузьмин, Ю.Е. Абраменко, М.А. Кудрявцев и др.; под общ. ред. Б.А. Кузьмина. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1989. 496 с.

34. Кунву Ли Основы САПР (CAD/CAM/CAE) (Principles of CAD/CAM/CAE Systems) СПб.: Издательство «Питер», 2004. - 5 60 с.

35. Лобанов Д.В. Оптимизация выбора режущего инструмента на основе методов сравнительного анализа / Д.В. Лобанов, A.C. Янюшкин, Д.А. Рычков. Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2010. - № 5-2 (283). - С. 23 - 31.

36. Лобанов Д.В. Организация инструментального хозяйства при обработке композиционных материалов / Д:В. Лобанов, A.C. Янюшкин, Д.А. Рычков. Станки. Инструмент. - 2010. - № 11. - С. 2 - 4.

37. Лобанов Д.В. Подготовка;режущего инструмента для обработки, композиционных материалов: монография / Д;В. Лобанов; A.C. Янюшкин. Братск: ГОУ ВПО «БрГУ», 2011. - 192 с.

38. Лобанов Д.В. Совершенствование технологии затачивания твердосплавного дереворежущего инструмента: Дисс. . канд. техн. наук. -Братск, 2005.-148 с.

39. Макаров.А.Д. Оптимизация процессов резания / А.Д; Макаров. — М.: «Машиностроение», 1976. 278 с.

40. Маркеев А.11. Теоретическая механика — 2е изд., перераб. и- доп., — М.: Машиностроение, 1999. 569 с.

41. Михеев Р.С. Разработка износостойких дисперсно-наполненных композиционных материалов-и покрытий из них: Автореф. дисс. . канд. техн. наук. Москва, 2010. - 26 с.57! Морозов В.1Дереворежущий инструмент: Справочник / В.Г. Морозов.

42. М.: Лесная промышленность, 2005. - 344 с.

43. Некрасов С.С. Сопротивление материалов резанию. М.: Машиностроение, 1971.-186с.

44. Никифоров А.Д. Современные проблемы науки в области технологии машиностроения / А.Д. Никифоров. М.: Высш. шк., 2006. — 392 с.

45. Никифоров В.М. Технология металлов и других конструкционных материалов. СПб., «Политехника», 2003.-382 с.

46. Панов B.C. Технология и свойства спеченных твердых сплавов и изделий из них. Учебное пособие для вузов / B.C. Панов, A.M. Чувилин. -М.: «МИСИС», 2001. 428 с.

47. Пат. 2228261 Российская Федерация / МПК С2 B27G13/12. Сборная фреза для деревообработки / Янюшкин A.C., Лобанов Д.В1 № 2002117387/02, заяв. 2002.06.28 - опубл. 2004.05.10. Бюл.№13

48. Пат. 2257289 Российская Федерация / МПК В27 Gl3/12. Сборная фреза для деревообработки Янюшкин A.C., Лобанов Д.В., Кузнецов: А;М:.- № 2004109804/02, заяв: 2004103^30 опубл. 2005.07.27. Бюл. №21". •

49. Пат. 2325272 Российская Федерация С2 / МПК В27 Gl 3/00. Сборная фреза для деревообработки / Янюшкин A.C., Лобанов; Д.В.,. Сурьев А.А, Кузнецов A.M., Сталидзан М.В. № 2006124008/03, заяв. 2004.07.06 - опубл. 2008.27.05. Бюл.№15.

50. Передерий A.B. Повышение эффективности технологической подготовки производства за счет автоматизации выбора дисковых фрез в информационно-поисковой системе: Дисс. . канд. техн. наук. — Набережные Челны, 2003. — 182 с.

51. Попов С.А. Алмазно-абразивная обработка металлов и твердых сплавов / С.А. Попов, Н.П. Малевский, JI.M. Терещенко. М., Машиностроение, 1977.-263 с.

52. Резников А.Н. Абразивная и алмазная обработка материалов. Справочник. Под ред. д-ра техн. наук проф. А. Н. Резникова. М.; Машиностроение, 1977.-391 с.

53. Саттер Герб Стандарты программирования на С++ / Герб Саттер, Андрей Александреску.: Пер. с англ. М.: Издательский дом «Вильяме», 2005. - 224 с.

54. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ. Формирование базы данных фрезерного сборного инструмента (DB Tools 1.0) / Янюшкин A.C., Лобанов Д.В., Рынков Д.А. № 2007613694, заяв. 2007.07.17-зарег. 2007.08.29.

55. Сирота И.М. Разработка методов и средств поддержки визуального концептуального моделирования проектно-конструкторских задач при создании САПР машиностроительного назначения: Автореф. дисс. . канд. техн. наук. Москва, 1999. - 30 с.

56. Сисюков А.Н. Разработка и применение специализированных экспертных систем для САПР технологических процессов механической обработки заготовок: Дисс. . канд. техн. наук. — Санкт-Петербург, 2007. -151 с.

57. Соколов В.П. Комплексная автоматизация технологического проектирования в гибких производствах: Дисс. доктора техн. наук. Москва, 1995.-369 с.

58. Солонин А.Н. Исследование и разработка композиционных материалов на основе алюминиевых сплавов, полученных методом механического легирования: Дисс. . канд. техн. наук. Москва, 2004. — 215 с.

59. Спиридонов A.A. Планирование эксперимента при исследовании технологических процессов. М.: Машиностроение, 1981. 184 с.

60. Справочник инструментальщика / И.А. Ординарцев, Г.В. Филиппов, А.Н. Шевченко и др.; Под ред. И.А. Ординарцева. Л.: Машиностроение. 1987. - 846 с.

61. Справочник по композиционным материалам: В 2-х кн. Кн. 1 / Под ред. Дж. Любина; Пер. с англ. А.Б. Геллера^ М.М: Гельмонта; Под ред. Б.Э. Геллера.-М:: Машиностроение, 1988.- 448 с.

62. Справочник технолога машиностроителя. В 2-х т. Т.1 / Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. 4-е изд:, перераб. и доп. - М.: Машиностроение,. 1986. — 656 с.

63. Справочник технолога машиностроителя. В 2-х т. Т.2 / Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. -- 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1985; 496 с.

64. Сурьев А.А. Повышение качества поверхностного слоя деталей за счет совершенствования процесса комбинированного электроалмазного шлифования: Дисс. канд. техн.наук.- Братск; 2005; — 146 с.

65. Суслов А.Г'. Технология машиностроения: учебник для вузов. 2-е издание перераб. и доп. М::;Машиностроение, 2007. — 430 с.

66. Таратынов О.В. Проектирование и расчет металлорежущего, инструмента на ЭВМ: Учеб. пособие для втузов / О.В. Таратынов, Г.Г. Зем-сков, Ю.П. Тарамыкин и др.; Под ред. О.В. Таратынова, Ю.П. Тарамы-кина. М.: Высш. шк., 1991. - 423 с.

67. Технология машиностроения. Книга 1. Основы технологии машиностроения / Под ред. С.Л; Мурашкина М.: Высшая школа, 2003. — 278 с.

68. Технология машиностроения.,Книга 2. Производство деталей машин / Под ред. С.Л. Мурашкина М.: Высшая школа, 2003. — 296 с.

69. Тишенин Е.Ю. Повышение эффективности использования станков с ЧПУ при автоматизированной подготовке инструментального производства: Автореф. дисс. . канд. техн. наук. — Екатеринбург, 1994. — 20 с.

70. Фатхутдинов P.A. Организация производства: Учебник. 2-е изд., пе-рераб. и доп. / P.A. Фатхутдинов. - М.: ИНФРА-М, 2005. - 528 с.

71. Фролов Е.М. Повышение надежности определения режимов резания в САПР ТП механической обработки: Дисс. . канд. техн. наук. — Волгоград, 2009. -145 с.

72. Хомоненко А.Д. Работа с базами данных в С++ Builder / А.Д. Хомонен-ко, С.Е. Ададуров. СПб.: БХВ-Петербург, 2006. - 496 с.

73. Чилингаров К.А. Учет использования-номерного инструмента в» производстве с применением системы* Technologies / САПР и графика: 2007. №11. С. 26-31.

74. Янюшкин A.C. Автоматизация технологии подготовки сборного инструмента для обработки композиционных материалов / A.C. Янюшкин, Д.В. Лобанов, Д.А. Рычков. Технологические методы повышения качества продукции в машиностроении. Воронеж: ВГТУ, 2010. 224 с.

75. Янюшкин A.C. Контактное взаимодействие при комбинированном электроалмазном затачивании твердосплавных инструментов: Дисс. . доктора техн. наук. Братск, 2004. - 397 с.

76. Янюшкин A.C. Моделирование режущего-инструмента для обработки композиционных материалов / A.C. Янюшкин, Д.В. Лобанов, Д.А. Рычков. Вестник Иркутского регионального отделения академии-наук высшей школы России. 2009. - №2 (15). - С. 159 - 162.

77. Янюшкин A.C. Состояние твердосплавного инструмента, заточенного различными методами электроалмазной обработки / A.C. Янюшкин, Д.В'. Лобанов, С.А. Якимов. Вестник Иркутского регионального отделения АН ВШ России. 2006. №2 (9). - с. 100 - 104.

78. Янюшкин A.C. Сравнительный анализ конструкций фрезерного инструмента для обработки композиционных материалов / A.C. Янюшкин, Д.В. Лобанов, Д.А. Рычков. Системы. Методы. Технологии: 2009. -№3.-С. 83-85.

79. Ш.Янюшкин А.С. Технология комбинированного электроалмазногочивания твердосплавных инструментов. М.: Машиностроение — ^2003.-242 с.

80. Caceres P.G. Effect of microstructures on the abrasive wear properties filtrated tungsten alloys / P.G. Caceres. -Mater. Characterisation 2002. 1-9.

81. Chen H. Abrasive wear resistance of plasma-sprayed tungsten cobalt coatings / H. Chen, I.M. Hutchings. Surf. Coat. Technol. 107 (1 106-114.

82. Composite materials. Fatigue and fracture / Erian A. Armanios, ec^v^ Printed in Ann Arbor, MI, 1997. 573.

83. Deborah D.L.Chang Composite materials: science and applications.notional materials for modern technologies. Printed in Great Britain,293.

84. Goswami R. Diamond synthesis by high-velocity thermal spray: the l^Lt>0ra tory analogue of a meteorite impact / R. Goswami, H. Herman, S. Satur^p^^ J.B. Parise. J. Mater. Res. 15 (1) (2000).

85. Krupinska B. The automation of analysis of technological process ^ffec tiveness / B. Krupinska, D. Szewieczek. Jornal of Achievements in IVI^j-^^.^j and Manufacturing Engineering, volume 24, 2007. C. 199 - 202.

86. Louu D. Interactions between tungsten carbide (WC) particulates an.c2L met j matrix in WC reinforced composites / D. Louu, J. Hellman, D. LuhuXi-rtla j Liimatainen, V.K. Lindroos. Mater. Sci. Eng. A00 (2002) 1-8.

87. Matthews F. L. Composite materials: engineering and science / F. thews, Rees D. Rawlings. Printed by The Alden Press, Oxford, 1999.-470.

88. Thomas. H. Hahn Composite Materials: Fatigue and Fracture / H. Thomas Hahn, Paul A. Lagace, T. Kevin O'Brien. Printed in Ann Arbor, MI, 1991. -830.

89. Whitney J.M. Composite materials: testing and design (seventh conference). Printed in Baltimore, MD, 1986 457.