Повышение эффективности эксплуатации сборного режущего инструмента путем обеспечения его прочностной надежности на стадии проектирования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.03.01, кандидат технических наук Лобанов, Николай Владимирович

• Лобанов, Николай Владимирович
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Лобанов, Николай Владимирович

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Роль прочностной надежности инструмента в повышении эффективности технологического процесса обработки резанием

1.2. Критерии работоспособности режущего инструмента

1.3. Анализ факторов, определяющих напряженно-деформированное состояние сборного режущего инструмента

1.4. Анализ существующих расчетных моделей прочностной надежности режущего инструмента

1.5. Выводы по анализу литературных источников и постановка задачи исследования

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСНОЙ РАСЧЕТНОЙ МОДЕЛИ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ СБОРНОГО РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА

2.1. Разработка комплексной расчётной модели

2.1.1. Допущения и ограничения принятые в комлексной модели

2.1.2. Выбор критериев напряженно-деформированного состояния сборного инструмента

2.2. Разработка методики расчета напряженно-деформированного состояния сборного инструмента, методом конечных элементов

2.3. Выбор рациональных граничных условий закрепления сборного инструмента

2.4. Разработка математической модели, напряженно-деформированного состояния режущего элемента

2.4.1. Основное решение для режущего элемента и оценка его точности

2.4.2. Анализ основного решения для режущего элемента

2.5. Поправочное и общее решение для режущего элемента

2.6. Определение реальных граничных условий закрепления режущего элемента

2.6.1. Анализ существующих способов определения реальных граничных условий режущего элемента

2.6.2 Определение интегральных характеристик реальных граничных условий режущего элемента

2.7. Проверка точности поправочного и общего решения математической модели, с помощью метода конечных элементов

2.7.1. Анализ общего решения

2.8 Выводы по главе

ГЛАВА 3. АНАЛИЗ РАБОТОСПОСОБНОСТИ МОДЕЛИ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ СБОРНОГО

РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА

3.1 Анализ зависимостей прочностной надежности сборного инструмента от его параметров

3.2. Экспериментальная проверка расчетных моделей

3.3. Поверка работоспособности математической модели в случае объемного напряженного состояния режущего элемента, методом конечных элементов

3.4. Выводы по главе

ГЛАВА 4. ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИЮ СБОРНОГО ИНСТРУМЕНТА

4.1. Практические рекомендации к проектированию сборного режущего инструмента

4.2. Использование и внедрение результатов исследования

ВЫВОДЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Листинг програмнной реализации математической модели сборного режущего инструмента в среде Ма1Ьсас1-7

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Акты о внедрении результатов исследования

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности эксплуатации сборного режущего инструмента путем обеспечения его прочностной надежности на стадии проектирования»

ВВЕДЕНИЕ

Современное состояние экономического спада в стране, с одной стороны, остро ставит вопросы рационального использования ресурсов промышленного производства: в частности средств технического оснащения и, прежде всего его малоресурсных элементов режущего инструмента. С другой стороны перспективы развития металлообработки связаны с увеличивающимися объемами использования сборного режущего инструмента оснащенного сменными механически закрепляемыми пластинами: из твердых сплавов, в том числе безвольфрамовых, режущей керамикой, керметами и сверхтвердыми материалами. Эффективное использование сборного режущего инструмента в автоматизированных технологических системах требует повышения его производительности, надежности и экономичности. Отсутствие методов оптимизации конструкций такого инструмента на стадии проектирования и стремление к созданию высокопроизводительного режущего инструмента привели к созданию и параллельному существованию большого количества конструкций режущего инструмента одного назначения, отличающихся как способами механического крепления и базирования режущей пластины, так и многочисленными конструктивными отличиями в рамках каждого из способов. В этих условиях задача научно обоснованного расчета конструкций сборного инструмента, выбора оптимальной конструкции для конкретных условий обработки представляются весьма актуальными. Постановка такой задачи отвечает требованиям создания эффективного высокопроизводительного инструмента.

Исследования в этом направлении проводятся в РУДН, МГТУ "Станкин", МГТУ, филиале СПГМТУ в г. Северодвинске, ВНИИинструмент, отраслевой лабораторией Краматорского

индустриального института и рядом других учебных и научных учреждений и промышленных предприятий. Настоящая диссертационная работа является составной частью общего комплекса исследований по проблемам надежности режущего инструмента и имеет целью повышение его эффективности путем обеспечения и повышения прочностной надежности на стадии проектирования.

Для реализации поставленной цели: выполнен анализ основных факторов, определяющих работоспособность сборного режущего инструмента; разработаны методики расчета напряженно-деформированного состояния инструмента с учетом раскрытия стыка методом конечных элементов (МКЭ) и аналитическим методом; обоснован выбор граничных условий при решении данной задачи; оценено влияние формы распределения нагружающей силы на напряженное состояние режущей пластины; проведены исследования влияния способов закрепления режущей пластины и отдельных конструктивных отличий узлов ее закрепления; проведены сравнительные производственные испытания.

На основе результатов исследования разработана методика оценки напряженно-деформированного состояния сборного режущего инструмента и оптимизации его конструкций по критерию прочности. Разработаны практические рекомендации по конструированию сборного режущего инструмента. Спроектированы и защищены авторскими свидетельствами конструкции инструмента, принятых для внедрения и промышленной эксплуатации в АО "Томский инструмент" и АО "СЕВЕРСТАЛЬ". Отдельные вопросы методики расчета используются в учебном процессе филиала СПГМТУ в г. Северодвинске.

Отдельные разделы работы и вся работа в целом докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры и научных

конференциях филиала СПГМТУ в г. Северодвинске, НТО имени А. Н. Крылова, республиканской конференции в г. Кирове.

Основные результаты исследования опубликованы в 8 печатных работах, 3 из которых являются патентами на изобретения.

На защиту выносятся:

методика приближенного расчета напряженно-деформированного состояния сборного режущего инструмента аналитическим методом;

- методика расчета напряженно-деформированного состояния сборного режущего инструмента методом конечных элементов, при решении контактной задачи с учетом раскрытия стыка;

- результаты определения оптимальных граничных условий для решения задачи расчета напряженно-деформированного состояния инструмента различного назначения;

- результаты исследования, влияния распределения сил резания, на напряженное состояние инструмента;

- результаты сравнительных расчетов НДС различных способов и условий закрепления режущей пластины;

- результаты лабораторных опытов с резанием для различных конструкций резцов;

- практические рекомендации по проектированию сборного режущего инструмента;

- разработанные, на основе результатов исследования, и защищенные патентами, конструкции сборного инструмента, внедренные в промышленную эксплуатацию.

Заключение диссертации по теме «Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки», Лобанов, Николай Владимирович

ВЫВОДЫ

1. Анализ литературных источников показал, что прочностная надежность сборного режущего инструмента является одним из важных технологических показателей эффективности обработки резанием. Увеличение обьема использования сборного режущего инструмента (СИ), обуславливает необходимость оптимизации параметров СИ сцелью повышения прочностной надежности как на стадии проектирования, так и при выборе СИ для конкретных технологических операций. Анализ источников показал необходимость учета, контактного характера взаимодействия элементов СИ. Создание расчетной модели НДС сборного режущего инструмента, с учетом его основных конструктивно- геометрических параметров является актуальным.

2. Обоснована и разработана структурная конечно-элементная модель СИ учитывающая возможность раскрытия стыков между его элементами при статическом нагружении. Выбраны и обоснованы критерии прочностной надежности.

3. С помощью МКЭ проведен анализ влияния условий закрепления базирующего элемента (державка, корпус и т.д.) на НДС режущего элемента (пластины). На основании этого анализа выработаны практические рекомендации по моделированию НДС СИ, позволяющие существенно уменьшить, необходимый для оптимизации конструкции объем вычислений, без потери точности.

4. Обоснована и разработана математическая модель НДС режущего элемента при статическом нагружении, позволяющая учитывать влияние основных конструктивно-геометрических параметров. Достоинствами модели является: простота, по сравнению с известными; возможность качественной оценки влияния параметров инструмента на его прочность. Разработана методика, позволяющая интегрально определять распределение реакций на опорных и упорных поверхностях режущего элемента.

5. На основе математической модели разработан комплекс программ для расчетного анализа НДС сборного режущего инструмента оснащенного, как стандартными, так и специальными режущими пластинами.

6. С помощью МКЭ осуществлена оценка точности математической модели, для различных вариантов нагружения, размеров и форм режущего элемента. Максимальная погрешность в определении опасных растягивающих напряжений на передней поверхности не превосходила 13%.

7. Анализ математической модели позволил сделать выводы о степени влияния различных параметров СИ на его прочность. Установлено, что степень влияния конструктивных параметров зависит от геометрии режущего клина и от распределения и соотношения составляющих силу резания. Степень влияния всех параметров СИ на прочность режущего элемента зависит от отношений Ъх/1,13 , 1 - толщина и длина режущего элемента, 13 - расстояние до точки приложения сил закрепления), с увеличением этих отношений степень влияния снижается. Влияние всех конструктивно-геометрических параметров на прочность в основном опосредуется через величину и распределение реакции по опорной поверхности режущего элемента.

8. Уточнена степень влияния толщины Их режущего элемента на опасные с точки зрения прочности напряжения по передней поверхности. С увеличением ^ напряжения изменяются (уменьшаются) в степени более высокой, чем Ъ{2 получающейся из существующих моделей. Имеется предельная толщина элемента Ио, при превышении которой, снижение опасных напряжений становится незначительным. В общем случае, величина Ь0 зависит от остальных параметров инструмента и параметров нагружения, приблизительно ее можно оценить, как - Ь0«(1,1-1,3)-13: гДе 1$ -расстояние от режущей кромки до точки приложения сил закрепления.

9. Установлен характер зависимости опасных напряжений на передней поверхности от расположения упорной базы режущей пластины.

10. Установлено, что тангенциально расположенные режущие пластины всегда имеют большую прочность по сравнению с радиальными тех же габаритов, причем опасные напряжения на передней поверхности тангенциальных пластин уменьшаются с приближением реакции упорной базы к передней поверхности и с уменьшением длины передней поверхности. При этом возрастают напряжения на задней поверхности и уменьшается общая прочность.

11. Все выводы из анализа подтверждены расчетами конечно-элементных моделей. Сравнение результатов с экспериментальными данными полученными лично автором и другими исследователями свидетельствуют о качественной достоверности полученных выводов.

12. На основании анализа математической и конечно-элементных моделей разработаны рекомендации к проектированию и использованию сборного режущего инструмента. На основании рекомендаций разработаны две конструкции сборных резцов общего назначения с тангенциально и радиально расположенными режущими пластинами. Внедрение резцов в эксплуатацию на ОАО «СЕВЕРСТАЛЬ» обеспечило подтвержденный экономический эффект, за счет повышения производительности и стойкости, а также за счет снижения себестоимости изготовления.

13. Методики оценки прочностной надежности и оптимизации параметров СИ, включающие в себя разработанные автором модели, приняты к использованию АО «Томский инструмент». На основании результатов работы разработаны методические пособия, используемые в учебном процессе СевмашВТУЗа (филиал СПбГМТУ).

14. Предложенные модели могут быть рекомендованы к использованию для оценки прочностной надежности существующих конструкций СИ в конкретных технологических операциях, и при оптимизации параметров СИ на стадии проектирования.

ГЛАВА 4. ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИЮ СБОРНОГО ИНСТРУМЕНТА

4.1. Практические рекомендации к проектированию сборного режущего инструмента

Рекомендации к проектированию и эксплуатации сборного режущего инструмента, согласно подходу принятому в данной работе, следуют из анализа зависимостей прочностной надежности представленного в п.3.1. По существу, сам анализ зависимостей НДС режущего инструмента от его параметров, выполненный в п.3.1, может служить общими рекомендациями к проектированию новых и использованию существующих конструкций сборного инструмента. Как уже отмечалось, конкретные количественные рекомендации по обеспечению и повышению прочностной надежности режущего инструмента могут быть даны только для определенных технологических параметров обработки. Однако, представлялось целесообразным выработать некоторые качественные рекомендации, вытекающие из проведенного анализа.

1. Для радиально расположенных режущих элементов (пластин) (см.рис.4.1а) уменьшение опасных напряжений по передней поверхности связано с приближением равнодействующей реакции К по опорной поверхности к подвершинной части.

Такое приближение может быть достигнуто за счет отношения 13/ 11х и 33 счет уменьшения величины вертикальной составляющей Р3 сил закрепления. Однако, надо учитывать, что расстояние 13 часто определяется из условий отвода стружки. С другой стороны, с приближением И к подвершинной части, увеличиваются

Рис.4.1. Параметры, влияющие на прочность: а - радиально расположенных; б - тангенциально расположенных режущих пластин. максимальные контактные давления по опорной поверхности. Таким образом, смещение реакции К может быть ограничено из условия прочности на смятие материала державки (опорной пластины):

К г т

-Г^км] (4-1) уг -ь где: стк - максимальное контактное давление, в предположении о равномерном распределении реакции по опорной поверхности; [асм] -допускаемое напряжение на смятие материала державки; Ь -длина режущей кромки; величины К и уг определяются соответственно по формулам 2.32 и 2.34. Кроме вышеперечисленного нужно учитывать, что смещение К может влиять на динамическое качество сборного инструмента.

Смещение равнодействующей реакции N по упорной поверхности в сторону передней поверхности (уменьшение ш), увеличивает внецентренное сжатие режущего элемента, снижает растягивающие напряжения по передней поверхности. Таким образом, уменьшение величины - т, может быть рекомендовано для любых конструкций сборного инструмента, с целью увеличения его прочностной надежности. Смещение N к передней поверхности можно обеспечить за счет увеличения поднутрения угла паза. Однако, для гарантированного положения реакции N. лучше упорную поверхность выполнять слегка выпуклой (рис. 4.1а), обеспечивая точечный начальный контакт.

Смещение и увеличение горизонтальной составляющей сил закрепления - <23, в сторону опорной поверхности (увеличение ш), приближает реакцию - К к подвершинной части и уменьшает опасные напряжения. Представляется целесообразным, для пластин с отверстием, конструктивно обеспечивать возможность регулирования соотношение сил закрепления: Р3,

Увеличению прочностной надежности режущего элемента, особенно при его малой толщине - способствует увеличение жесткости подвершинной части базирующего элемента (державки, корпуса и т.д.). Жесткость этой части можно повысить увеличивая угол бд базирующего элемента (рис.4.1а), насколько позволяют условия обработки.

Для увеличения прочности малогабаритного сборного инструмента, например расточного, при невысокой жесткости державки (малой высоте державки Нд ) целесообразно всемерно увеличивать отношения: ^Л, Ъ^ 13. Увеличение отношения толщины пластины к расстоянию до сил закрепления - 13 например может быть достигнуто за счет крепления через накладной стружколом. Также перспективным представляется разработка и применение режущих элементов специальной формы с увеличенным отношением ЬД

Модуль упругости опорных пластин, в большинстве случаев, мало влияет на напряжения в режущем элементе. Большее влияние наличие опорной пластины при режущих элементах малой толщины и при меньших отношениях - 13. Кроме того, влияние жесткости опорной пластины несколько увеличивается, если модуль упругости режущей пластины, (например из минераллокерамики), становится меньше модуля упругости опорной пластины (например твердосплавной). В целом же, опорные пластины целесообразно применять для обеспечения прочности подвершинной части державки, особенно при повышенных температурах.

2. Тангенциально расположенные (рис.4.16) режущие элементы (пластины), во всех случаях имеют более высокую прочность, чем радиально расположенные тех же габаритов.

Опасные напряжения на передней поверхности тангенциальных пластин уменьшаются при смещении равнодействующей реакции N по упорной поверхности в сторону передней грани. Увеличение значения самой реакции N. при этом, так же уменьшает опасные напряжения. Необходимое смещение может быть достигнуто расположением упорной базы непосредственно за передней поверхностью, например за счет обнижения упорной поверхности (рис.4.1.6). Одновременно с этим, необходимо обеспечить поджим режущей пластины к упорной базе за передней поверхностью. Поджим может быть обеспечен за счет направления и расположения сил закрепления пластины: Р3,(23- Например, увеличение составляющей увеличивает значение реакции N. однако при этом уменьшается общая прочность пластины, особенно при наличии отверстия. В этом случае, более целесообразным представляется, увеличение и смещение составляющей в сторону упорной поверхности.

Опасные растягивающие напряжения на передней поверхности тангенциальных пластин, практически не зависят от распределения реакции по опорной поверхности. Однако, смещение равнодействующей К реакции по опорной поверхности к подвершинной части повышает величину N и устойчивость пластины против опрокидывания в сторону детали.

С уменьшением длины передней поверхности ( и толщины Ь1т пластины) опасные напряжения на передней поверхности уменьшаются. Однако, при этом растут сжимающие напряжения на задней и растягивающие на упорной поверхности. Поэтому толщина тангенциальных пластин (как правило используемых в тяжелых условиях резания), должна выбираться из условия общей прочности по задней и упорной поверхностям. Длина тангенциальных пластин 1т не оказывает заметного влияния на прочность.

3. Более предпочтительно, с точки зрения прочности, формирование геометрии режущего клина за счет стружколомающих канавок. Режущие элементы со стружколомающими канавками имеют более высокую общую прочность, чем элементы с плоской передней поверхностью.

4.2. Использование и внедрение результатов исследования

Результаты анализа предложенных моделей были использованы для разработки и внедрения новых, более эффективных конструкций сборного режущего инструмента.

Была разработана конструкция резца общего назначения с тангенциально расположенной сменной многогранной пластиной (СМП), представленная на рис. 4.2. Техническая характеристика инструмента: высота вершины, мм.25 сечение державки, мм.25x32 длина резца, мм.140 главный угол в плане, град.95 передний угол, град.-8 задний угол, град.8 режущая пластина:.(015,9x4,76)031113 81М11А по

ГОСТ 19042-80 материал режущей пластины.твердый сплав КНТ16

Резец состоит из державки 1, режущей пластины 2, винта 3 (рис.4.2а). Закрепление режущей пластины осуществляется силовым

Рис.4.2 Резец общего назначения, с тангенциальным креплением режущей пластины: а - общий вид и конструкция узла крепления; б - схема действия сил закрепления. замыканием на опорную поверхность и боковые поверхности гнезда посредством винта, имеющего цилиндрическую головку, расположенную с эксцентриситетом относительно оси винта. Положительный эффект от использования резца заключается: в повышении производительности (увеличении сечения срезаемого слоя); увеличении периода стойкости инструмента; использовании недорогого безвольфрамового инструментального материала. Эффект обеспечивается повышением прочностной надежности инструмента (см.п.3.1) за счет:

- тангенциального расположения режущей пластины;

- схемы закрепления режущей пластины(рис.4.2б), обеспечивающей надежный прижим ко всем базирующим поверхностям;

- обеспечения закрепления за счет силы при небольших значениях силы Р3;

- гарантированного поджима режущей пластины к упорной поверхности за передней поверхностью;

- простотой конструкции узла крепления.

Резец был внедрен в эксплуатацию на ОАО «СЕВЕРСТАЛЬ» (Череповецкий металлургический комбинат). Использование резца позволило обеспечить повышение производительности в 2,3 раза и стойкости в 2,7 раз по сравнению с ранее использовавшимися резцами с радиальным расположением СМП. На использованную конструкцию узла закрепления режущих пластин получен патент на изобретение.

Была, также, разработана конструкция резца с комбинированным креплением радиально расположенной сменной многогранной пластиной (СМП) , представленная на рис.4.3. Техническая характеристика инструмента: высота вершины, мм.32 сечение державки, мм.25x32 длина резца, мм. главный угол в плане, град передний угол, град. задний угол, град. режущая пластина.

140 .95 .4 материал режущей пластины

15,9x4,76)051114 CNUA по ГОСТ 19042-80 .твердый сплав ВК8

Резец состоит из державки 1, режущей пластины 2, прихвата 3, крепящего его дифференциального винта 4, рычага 5, надетого на винт 6, штифта 7, предотвращающего поворот прихвата. Закрепление режущей пластины осуществляется силовым замыканием на опорную поверхность посредством прихвата, и боковые поверхности гнезда посредством винта, изгибаемого рычагом при поджатии режущей пластины к опорной поверхности. В конструкции резца предусмотрена возможность регулировки горизонтальной составляющей , силы закрепления режущей пластины. Регулировка силы осуществляется изменением предварительного зазора 5, за счет осевого перемещения винта 6. Положительный эффект от использования резца заключается в повышении качества обработки труднообрабатываемых материалов, увеличении надежности и стойкости инструмента. Эффект обеспечивается повышением стабильности положения режущей пластины и увеличения ее прочностной надежности за счет:

- использования схемы закрепления (рис.4.3б), обеспечивающей стабильность положения режущей пластины;

- повышения прочностных характеристик, за счет обеспечения требуемого соотношения составляющих , Р3 сил закрепления; а так же за счет смещения реакции опорной базы К к подвершинной части пластины моментом, создаваемым силами N , СМрис.4.3б). 8 б

Рис.4.3 Резец общего назначения, с комбинированным креплением режущей пластины: а - общий вид и конструкция узла крепления; б - схема действия сил закрепления.

Опытная эксплуатация данного резца на ОАО «СЕВЕРСТАЛЬ» показала, что применение данной конструкции резца позволяет повысить стойкость и прочность инструмента, по сравнению с известными. На использованную конструкцию узла закрепления режущих пластин получен патент на изобретение.

В АО «Томский инструментальный завод» принята к использованию методика расчета и программное обеспечение выбора способа крепления СМП, и оптимизации геометрических характеристик сборного инструмента по его НДС. Методика включает в себя математическую модель, и разработанные на основе настоящего исследования, рекомендации по расчетам НДС сборного режущего инструмента с помощью МКЭ.

Результаты исследований использованы при написании учебного пособия «Расчет напряженно-деформированного состояния сборного режущего инструмента». Данное пособие используется в учебном процессе СевмашВТУЗа (филиал СПбГМТУ), при проведении практических занятий и лабораторных работ.

Результаты внедрения подтверждены соответствующими актами, приведенными в приложении 2.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Лобанов, Николай Владимирович, 1999 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Андреев Г.С. Контактные напряжения при периодическом резании // «Вестник машиностроения». -1969. - №8. - С.63-69.

2. Антипенко А.И. Исследование организационно-технических факторов эффективного применения токарных резцов с механическим креплением многогранных пластинок из твердого сплава: Автореферат дис. ... канд. техн. наук. - М., 1973. - 29 с.

3. Белозеров Д. Г. Расчет режущей части инструментов из сверхтвердых материалов методом коенчных элементов и оптимизация режимов обработки // В кн.: «Проектирование и эксплуатация режущих инструментов в ГАП». - Свердловск, 1987. - С. 42-44.

4. Бетанели А.И. Хрупкая прочность режущей части инструмента. Тбилиси: Грузинский политехнический институт, 1969. - 319 с.

5. Бетанели А.И. Прочность и надежность режущего инструмента. -Тбилиси: Сабчота Сакартвело, 1973. 302 с.

6. Бетанели А.И., вадачкория М.П. Вероятностная оценка хрупкой прочности режущего инструмента // В кн.: «Автоматизация процессов точной отделочной обработки и транспортно-складских операций в машиностроении». - М.: Наука, 1979. С. 135-141.

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

8. Бобров В.Ф., Грановский Г.И., Зорев H.H. и др. Развитие науки о резании металлов. - М.: Машиностроение, 1967. - 393 с.

9. Борцов В.Е. и др. Измерение компонент деформаций при исследовании прочности сборного режущего инструмента методами голографической и спектральной интерферометрии // В кн.:

«Контактные процессы при больших пластических деформациях». -Харьков: ХАИ, 1982. с.6-15.

10. Василюк Г.Д., Забродский П.Н., Гольц В.В. Влияние места расположения и силы прижима пластины на распределение в ней напряжений // В кн.: «Надежность режущего инструмента: Материалы III Всесоюзного научно- технического семинара». - Донецк: ДПИ, 1984. С.110-112.

11. Влияние метода закрепления режущего ножа в корпусе на надежность фрез // «Отчет Краматорского индустриального института по надежности РИ». Рук. Миранцов JIM. - Краматорск, 1984. - 124 с.

12.Гениатулин A.M. Голографические неразрушающие исследования сборных режущих инструментов для ГПС // В кн.: «Проектирование и эксплуатация режущих инструментов в ГАП». Свердловск, 1987. - С. 87-89.

13. Доннелл J1.Г. Балки пластины и оболочки. - М.:Наука, 1982 - 568 с.

14. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. - М.: Мир, 1975. - 382 с.

15.3орев H.H. Вопросы механики процесса резания металлов. - М.: Машгиз, 1956.-368 с.

16. Иноземцев Г.Г. Прочность резцов. - М.: Машгиз,1958. - 163 с.

17.Кпушин М.И. Резание металлов. - М.: Машгиз, 1958. -451 с.

18. Колядин A.B., Ординарцев И.А., Сенькин E.H. Оптимизация конструкций ступенчатых торцовых фрез // Станки и инструмент, -1983, - №8, С. 27-29.

19. Конюхов В.Ю. Построение расчетно-информационной модели сборного режущего инструмента: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. -М.: Мосстанкин,1988. - 24 с.

20. Кочетков Ю.А. Исследование прочностных характеристик зубьев протяжки: Автореф. дисс. ... канд. техн. наук. - М.: Мосстанкин,1981. -24 с.

21.Креймер Г.С. Прочность твердых сплавов. - М.: Металлургия, 1971.

- 248 с.

22.Лихцнер Г.М., Семенченко Д.И. Сравнительная оценка качества режущего инструмента для автоматических линий // Станки и инструмент, 1975, - №10, С. 14-16.

23.Лоладзе Т.Н. Прочность и износостойкость режущего инструмента.

- М.: Машиностроение, 1982. - 320 с.

24.Лоладзе Т.Н., Бетанели А,И,, Чандрашекаран X. Исследование распределения напряжений в режущей части инструмента // Труды Грузинского политехнического института, - 1967, - №1, С. 167-183.

25. Макаров А.Д. Оптимизация процессов резания. - М.: Машиностроение, 1976. - 278 с.

26. Малкин А.Я . Вопросы качества режущего инструмента // Известия ВУЗов.Машиностроение, 1979. - №11, - С. 95-104.

27. Малыгин В.И. Исследование качества конструкций и разработка математической модели сборных торцовых фрез: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. - М.: УДН, 1984. - 24 с.

28. Малыгин В.И. Повышение эффективности сборных режущих инструментов методами сложного неоднородного моделирования и неразрушающей активной экспресс-диагностики: Автореф. дис. ... докт. техн. наук. - М.: МГТУ Станкин, 1995. -42 с.

29. Малыгин В.И., Лобанов Н.В. Метод конечных элементов в расчетах напряженно-деформированного состояния напайного инструмента // Известия ВУЗов. Машиностроение. - 1990, - №6. - С. 66-69.

30. Малыгин В.И., Лобанов Н.В. Физические аспекты повышения эффективности составного инструмента для ГАП // Сборник рефератов ДР, ВИМИ. - 1991№8.

31. Малыгин В.И., Лобанов Н.В. Расчет напряжений в напайном режущем инструменте // Технологии производства научную основу: Тезисы докладов X НТК - Северодвинск, 1989, - С. 4-6.

32. Малыгин В.И., Гречишников В.А., Перфильев П.В. Оценка динамической точности настройки сборного режущего инструмента на стадии проектирования // Вестник машиностроения, - 1996, - №6, - С. 24-26.

33. Малыгин В.И., Перфильев П.В. Расчетный метод оценки качества сборного инструмента по напряженному состоянию // Вестник машиностроения, -1992, - №9, - С. 44-46.

34. Матвейкин В.В. Исследование конструкций и рациональных условий использования сборного режущего инструмента по его статическим и динамическим характеристикам: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. - М.; УДН, 1980. - 16 с.

35. Миранцов Л.М., Гузенко B.C., Овчаренко В.А. Исследование напряженно-деформированного состояния механически закрепленной режущей пластины резцов для тяжелых токарных работ методом конечных элементов // В кн.: Надежность режущего инструмента: Материалы III Вмесоюзного научно-технического семинара. - Донецк: ДПИ, - 1984.-С.94-95.

36. Надежность режущего инструмента / Сборник статей. - Киев-Донецк: Вища школа, 1975. - 256 с.

37. Новоселов Ю.А., Михайлов М.И. Расчет контактных напряжений на опорных площадках режущей пластины сборных резцов // В кн.: Машиностроение, - Минск: БПИ, 1983. - №8. - С.3-5.

38. Обобщенная оценка качества режущих инструментов, выпускаемых инструментальными заводами МсиИП / Методические указания.- М.: ВНИИ, 1973. - 211 с.

ЗЭ.Остафьев В.А. Расчет динамической прочности режущего инструмента. - М.: Машиностроение, 1979. - 168 с. 40.0стафьев В.А., Бузик П.Б. Метод оценки прочности расточных резцов при динамическом нагружении // Станки и инструмент, 1986. -№4.-С. 17-18.

41.Писаренко Г.С., Лебедев A.A. Деформирование и прочность материалов при сложном нагружении. - Киев: Наукова думка,1976. -415 с.

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

43. Полетика М.Ф. Контактные нагрузки на режущих поверхностях инструмента. - М.: Машиностроение, 1969. - 150 с.

44. Полетика М.Ф. Теория резания металлов. - Томск:: Томский политехнический институт, 1980. - 94 с.

45. Полетика М.Ф. Исследование процесса резания и режущих инструментов. - Томск: ТПИ, 1984. - 115 с.

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

47. Резников A.A., Резников А.Н. Тепловые процессы в технологических системах.- М.: Машиностроение, 1988, -231с.

48. Силин С.С. Исследование напряженного состояния в режущей пластине сборных инструментов при точении // В кн.: Надежность режущего инструмента: Материалы III Всесоюзного научно-технического семинара. - Донецк: ДПИ, 1984. - С. 115-118.

49. Силин Р. И., Мясищев А. А., Ковальчук С. С. Влияние радиуса скругления режущей кромки на распределение напряжений в режущем клине // Вестник машиностроения, 1989, - Ш8, - С. 13-17.

50. Смолин Н.И. Исследование напряженно-деформированного состояния многогранных пластин применительно к вопросам прочности сборного режущего инструмента: Автореф. дисс. ... канд. техн. наук. - Омск: ОмПИ,1987. -16 с.

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

52. Справочник конструктора-инструментальщика / В.И.Баранчиков, Г.В.Боровский, В.А.Гречишников и др. - М.: Машиностроение, 1994. -560 с.

53. Справочник металлиста / Под ред. Н.С. Ачеркана. - М.: Машгиз, 1959.-750 с.

54. Справочник технолога-машиностроителя / Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. - М.: Машиностроение, 1986. - 496 с.

55. Титов Г.Н. Прочность металлорежущего инструмента. - М.; Машгиз, 1947. _144 с.

56. Третьяков И.П. Проблемы прочности металлорежущего инструмента и некоторые пути ее решения. - М.; Знание, 1952. - 25 с.

57.Тимошенко С.П., Гудьер Д. Теория упругости. - М.; Наука, 1979. -560 с.

58.Хает Г.Л. Прочность режущего инструмента. - М.; Машиностроение, 1975.-168 с.

59.Хает Г.Л.,Гах В.М., Громаков К.Г. и др. Сборный твердосплавный инструмент. - М.; Машиностроение, 1989. - 256 с.

60. Чубриков К.Д. Исследование дисковых шеверов - условия работы режущих кромок, силовые зависимости при шевинговании: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. - М.: Мосстанкин,1974. - 25 с.

61.Шустиков А.Д. Анализ качества сборных проходных резцов. - М.: НИИмаш, 1981, -39 с.

62.Ятманов И.И. Исследование конструктивных параметров зубьев многолезвийных инструментов: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. - М.: Мосстанкин,1979. -22 с.

63.Ящерицин П.И., Довнар С.С. Моделирование температурных полей и напряжений в зоне резания металла // Машиностроение. - Минск: БПИ, 1986,-№11,-С. 3-7.

64.Ящерицин П.И., Еременко М.Л., Жигалко Н.И. Основы резания металлов и режущий инструмент. - Минск; Высшая школа,1981. - 560 с.

бб.Ящерицин П.И., Новоселов Ю.А., Михайлов М.И. Напряженное состояние режущей пластины сборного инструмента // Машиностроение. - Минск: БПИ, 1986, - №17, - С. 37-41.

66. Ahmad М. М. , Draper W. A., Dokainich Н. A. An application of finit method to prediction of cuttiing tool portomance // Int. J. Mach. Tool Manufact. - 1989, v. 29, №3, - P. 197-206.

67. Ahmad M.M., Derricott R.T., Draper W.A. A photoelastic analysis of the stresses in double rake cutting tools // Int. J. Mach. Tool Manufact. - 1989, v. 29, №2,-P. 185-195.

68. Archibald G. R. Analysis of the Stresses in a Cutting Edge // Trans, of theASME, vol. 78, 1956.

69. Darvish S., Davies R. Investigation of the heat flow through bonded and brazed metal cutting tools // Int. J. Mach. Tool Manufact. - 1989, v. 29, №2, P. 229-237.

70. Untersuchunden zum Verformugsverhalten belasfeten Spannunyswerkzeude nutlels holografisher Interferowetrie / Fraukowski G., Leopold Y., Zeidler H.: Wiss. Z. Techn. Hochshul. - Rfrl Marx Stadt, 1985, 27, №5, - S. 762-767.

71. Simon R., Leopold Y. Spannungsoptische Untersuchunden an Drehklemmhaltern // Fertigungstechuick und Betrieb. - №9, 1984, - S. 522. 72.Shintani K., Veki N., Fujimura Y. Optimum cutting tool geometry when interrupted cutting carburized steel by CBN tool // Int. J. Mach. Tool Manufact. - 1989, v. 29, №3, - P. 415-423.

73. Stress analysis in machining with the use of sappfire tools / Bagchi A., Wrigt P.K.: Proc. Roy. Soc. London. 1987,№1836, - P. 99-113.

74. Spirito F. Analisi dello stato di tensione in un utensile monotagliente mecliante il metodi degli elemente finite // Mascine.1977, vol.32.№7-8, -P.57-63.

75. Pflug Leopold, Yacguot Pierre. Application de Photograhiea le tude du ovtil de conpe//Wear.1980, 62,№1, - S. 21.

76. Untersuchungen zum Einsatz von Schneidkeramik bein Dreken mit der Methode der Finite Elemente / Y. Leopold.,K.Sinion.: Fertigungs technik und Betrieb. - Berlin, 35 (1989), №11, - S. 678-681.

77. Filon L.N.G. Trans. Roy. Soc. - London, ser. A, 201, 63 (1923).

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Листинг програмнной реализации математической модели сборного режущего инструмента в среде МаШсас!-7.

Исходные данные

Геометрия режущего элемента

уО 0 передний угол клина в градусах

РО 8 задний угол клина в градусах

Ы 5.0 высота пластины в мм

I = 16 длина режущей пластинки в мм Ь = 5 ширина срезаемого слоя в мм Нагрузки на режущий элемент

lk = 1.5

"координата по оси У начала контакта по опорной поверхности пластинки должна быть больше чем 1п

Pz Ру г0 Р

Q

lz ;

2000 650 0.35 1000 100 9

1.5

\0

соО

* ^ -

f 0

о о

■-Ш

тангенциальная составляющая силы резания в Н радиальная составляющая силы резания в Н

расстояние от режущей кромки до точки приложения силы резания мм

Вертикальная составляющая силы крепления пластины в

Горизонтальная составляющая силы крепления пластины в Н

расстояние от режущей кромки до точки приложения силы закрепления пластины в мм

эксцентриситет горизонтальной реакции упорной базы относительно передней поверхности в мм

угол между передней и упорной поверхностями режущего элемента в градусах угол между передней и опорной поверхностями режущего элемента в градусах

угол трения на упорной поверхности режущего элемента в радианах угол трения на опорной поверхности режущего элемента в радианах

Х0-

180

соО-

180

у = у0-

180

Р := Р0-

180

(У - Р)

Основное решение

„ 5 „ 51 проекция силы резания на биссектрису угла

Pr - Py-COSI - I + Pz-COSI В + Y i- - I

3 2 2' заострения клина

Pr = 1.803-103

. 8 . _ . ' 8 i проекция силы резания на перпендикуляр к

Peí Pysiní - i - Pz-sini R + у + — г 1 3 2 . ' 2' биссектрисе угла заострения клина

Pq = -1.083-10°

М PzrO

момент силы резания относительно вершины клина в Нмм

Напряжения радиальные в МПа

2 Pr cos(8 - (0.5-8)) 2-Pq-cos((6 + 0.5-тс) 0.5-8)

or(r,0)

г (8 н- sin(8)) Напряжения касательные в МПа

M-(cos(2-(0 (0.5-5))) cos(5))

r-(8 - sin(5))

M-2-sin(2-(9 - (0.5-5))) r2-(sin(8) - 8-cos(8))

xr8(r,9)

ст9(г,0) = 0 Напряжения окружные в МПа

г -(sin(8) - 8-cos(5))-b

а

ш

Напряжений основного решения в декартовых координатах ОХУ rt(y,z) г' у2 et(y,z) = ífjу>0.001,atan)?

:У

Я S 2/

a'y(y,z) 0r(rt(y!z),et{y,z))'cos(0t(y,z))" - 2 Tre(rt(y,z))0t(y)z))-sm(0t(y!z))-cos(0t(y,z)) c'z(y,z) or(rt(y,z),et(y,z)).sm{et(y)z))2 * 2-tr0(rt(y,z),0t(y,z))-sin(et(y,z))-cos(0t{y,z)) T'yz{y,z) , aríftíy.zj.etíy.zw-siníetíy.zjj-coscetty.z)) ^re(rt(y)z))9t(y,z»4cos(et(y,z))2 - sin(6t(y,z))

Напряжения от сил закрепления (сосредоточенные силы действующие на границу полубесконечной , -лоскости)

Í 2 2 Г

Я-Ь- 7. * (у - lz) i

„ л 2'Z2-(P'Z , Q {y - !z)) THyz(y,z)

OZ(y,Z) .................--------------------------------------, f 2 , , 2)2

. Г 2 , , Л]2 я-b- г + (у - lz) i

jt-b'i z +■ (у - lz) j 1

Напряжения от сил закрепления и от сил педзния

<rzo(ytz) : c¡'z(y,z) f c"z(y,z) xyzo(y,z) -- x'yz(y,z) '<• T"yz(y,z)

cxyo( y, z) o'y (y, z) * <r"y(y, z)

Изгибающие моменты и нормальные силы вызываемые идеальными

граничными условиями

Ir hl -tan(y + ($}

ln = 1.625

y'(z) Z'tan(y * p) hl

Mci b- ! (ff"z(/<z),z)y(z) - T"yz(y'(z),z).z) t8n(y * p) * o"y(y'(z),z)z - z"yz{y'(z),z) y'(z)dz

o

г hl Md = -285.922

Zd b' ; <r"z(y'{z),z)-tan(y + p) - тиуг(у'(г),z)dz

;0

,.hl Zd = -31.769

Yd b- í s"y(y'(i),z) x,,yz(y'(z),z)-tan(Y ♦ §)dz '0

Yd = 66.48

z'(y) (Ы - tan(©)-ln) ytan(co)

: ГУ |

Ntb(y) ■■ ifj y ... ln,-b- ¡ (Tyzo{y,z'(y)) t oyo(y,z'(y))'tan(<a)) dy , Yd,0 j 1» j

i í7 í

Mtb(y) , ¡fjy ln, b-¡ j (crzoíy'.zXy1)) + Tyzo(y',z'(y')) tan(cü))-(y - y') - (ayo(y\z'(y*))-tan(<ab tyzo(y\ ln

у rO.rO • 0.3.. I

Расдределение напряжений вдоль передней поверхности

271.43 '

ОУР(У.О) 0уо(у,О)

142.86

14.29

-114.29

24.2.86

371.43

-500

\

\

—!_....

0 2.73 5.45 8.18 10.91 13.64 16.36 19.09 21.82 24.55 27.27 30

У

{гасе 1 ~ 1гасе 2

г 0 ,0.1.. Ы

Распределение напряжений

вдоль задней поверхности

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Акты о внедрении результатов исследования.

Акт 8.иед|мя«ия

Мы, нижеподписавшиеся, предегавтчши; Севмашвяуза - проректор по HP, д.т.н., проф. В.И »Малыгин, ст.преподаватеяь ÏT„В.Перфильев, сг.преиодаватель H .В Лобанов; АО "Кадос" - директор» кл.н,, доцент АА.Комков; начальник цеха РМЦ-! ОЛ .Каморин составили настоящий акт о том» что указанными специалистами при обработке барабаномо галок ЛПЦ-1 в цехе РМЦ»! внедрены резцы с тангенциальным расположением режущих шшетин (патент на изобретшие № 2043877, а.с. Из 1738396), показавшие повышение производи-теяьности в 2,3 раза, увеличение стойкости в 2?7 раз, что обеспечило экономический эффект в 7:500 рублей.

\

"УТВЕРЖДАЮ": Главный инженер Ч АО/Томский инструмй^т*

Г Ш П.С.бимонов " Н 1994г. -

АКТ v

внедрения результатов НИР -

Мы, нижеподписавшиеся, представители НПП АО "Нордмекс": начальник отдела инструмента Малыгин В.И., инженеры: Худяков М.П., Кремшва Л.В., Перфильев il В., Лобанов Н.В. и, представители АО 'Томский инструмент*: главный конструктор Орлов В.А., начальник КБ Коробейников Н.В, и заместитель начальника ПТК Волков C.B., составили настоящий акт в том, что вышеуказанными специалистами под руководством к.т.н., доцента Малыгина В.И. проведен и передан для внедрения комплекс научно-технических разработок, включающий в себя научно-техническую документацию на : 1) Сборную торцевую фрезу с тангенциальным расположением СМП; 2) Проходной резец общего назначения с тангенциальным расположением СМП; 3) Резец для тяжелых работ с тангенциальным расположением СМП; 4) Сборную насадную дереворежущую фрезу с увеличенным числом ршсущих элементов.

А также методики расчета и программного обеспечения выбора способа крепления по напряженно-деформированному состоянию СМП; оптимизации массогабаритных и геометрических характеристик инструмента.

Общая стоимость выполненных работ составила 11 млн.руб. Расчетный годовой экономический аффект составит 13 % 7 50 млн.руб.

От АО "Нордмекс"

В.И.Малыгин .М.П.Худяков Л.В.Кремлева Н.В. Лобанов П.В.Перфильев

От АО "Томский инструмент*

J3.A, Орлов Н.В.Коробейников СУ /^^""c.В.Волков

192

I лсшный ивженер I Ol

LA

Криуля А.С,

11

iж результатов НИР

Мы, нижеподписавшиеся, представители Сев м:а ожгу за - Мюллер О.Д., Лобанов Н.В.. Кремлева Л.В., с одной стороны, ? р , 51 ТЭЦ , с другой стороны, составил » г* *

о том, что вышеуказанными специалистами выполнена. sea.

многорезцовой головки: ручного дяевмоияетрумеита для ш-д/ ^к * • сок труб в ремонтном производстве. Испытания инструмента евмде-\ л >v*'' «го надежности, практически безвибрахщошюй работе < ^ г 1'

Общий объем выполненных работ но ценам 1991 года. составил. руб. Ожидаемый экономический эффект от внедрения на ТЭЦ-2 может составить _ ..... мам., руб.

От Севмашвтуза Мюллер О.Д, Лобанов Н.В, Кремлява. Л,В,

От ТЭЦ-2

СЕВМЛШВТУ* 193

<14 Ш1 1ЛЛ 1 'Л! 1КТ-1 Ш П-ГПМЧ < ЧО Ч ' I Г< К'УДЛГ* "ПНИII || >Г< > М1 >|Ч ЮМ I) I НХНПЧН! "К") 11 УШПШСПтМ'Л

16-151)0, г. Северодвинск Лрхаш елмкон «Пл..

0<>(>ошш;1, 6 Телефон 2-45-82 Факс 2-30-74 Ё1н:й1: гее!ог(<йVIи/..лгкЬлngelsk.su

______________№_________________________________

На № ____________о с__________________________________

О П'Р А В К А о использовании результатов НИР

Настоящая справка дана к,т.н., доценту Малыгину В,И., ст. преподавателю Перфильеву II»-В., ст. преподавателю Худякову МЛ.,ст. преподавателю Лобанову Н.В., ассистенту Кремле-вс! Л.В.г ассистенту Колмаковой Н.Э., удостоверяющая в том, что вышеуказанными специалистами в 1985 - 1995гг. по результатам выполняемых лдссертадмонкнх работ в учебном процессе Сешашвтузя. {фшшале:ШбЗСУТО внедрены:

I» Учебное пособие "Методу. и технические средства нераз-;.)ушащей активней ?кспресс"у?да:=?н0стикй режущего инструмента"«

2. Учвбночаетодтческое пособие по курсовому проектированию "Проектирование металлорежущего инструмента с применением ЭВМ

3. Методические указания к выполнению лабораторных раьот.

4. Методические указания к выполнению практических занятий "Расчет точности сборного режущего инструмента", "Расчет напряженно-деформированного состоягия оБорного режущего инструмента", "Расчет точности модульного вспомогательного инструмента".

5. Лабораторные испытательные стенды для оценки качества сборного инструмента по статическим и .динамическим характеристикам.

В учебном процессе использовались ж используются,разработанные вышеперечисленны!® специалистами ^ с борные инструменты, а также приборы.

Ректор Севмаь

академик п к?5^/ В.В.Макаров