Повышение эффективности механической обработки на основе управления конструкторско-технологическими факторами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Шурпо, Александр Николаевич

• Шурпо, Александр Николаевич
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Шурпо, Александр Николаевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Технологическое обеспечение качества рабочих поверхностей деталей машин при механической обработке.

1.2. Классификация характеристик качества поверхностного слоя. Основные показатели дефектов поверхностного слоя.

1.3. Обеспечение бездефектной обработки поверхностей при высокоскоростном резании.

1.4. Цель и задачи исследования.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИ

ЧЕСКИХ ФАКТОРОВ ПРОЦЕССОВ РЕЗАНИЯ НА ДЛИТЕЛЬНОСТЬ

БЕЗДЕФЕКТНОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ

ДЕТАЛЕЙ МАШИН.

2.1. Влияние конструкторско-технологических факторов процесса трехстороннего резания на длительность бездефектной обработки.

2.2. Влияние режимов резания на интенсивность затупления дисковых пил.

2.3. Анализ влияния теплофизических факторов на образование дефектов при высокоскоростном резании и на длительность процесса износа режущих элементов инструмента.

2.4. Выводы.

3. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1. Разработка общей методики теоретических и экспериментальных исследований.

3.2. Оборудование, оснастка, инструмент.

3.3. Расчет требуемых режимов резания.

3.4. Условия и порядок проведения экспериментов.

3.5. Методика обработки результатов экспериментальных исследований.

3.6. Результаты экспериментальных исследований.

3.7. Выводы.

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

И ИХ АНАЛИЗ.

4.1. Влияние скорости при трехстороннем резании на температуру контакта обрабатываемой поверхности с режущей кромкой зуба дискового инструмента.

4.2. Оценка величины износа режущей части дискового инструмента, определяющей начало образования дефектов.

4.3. Влияние конструкторско-технологических факторов на величину критического износа режущих элементов дискового инструмента.

4.4. Влияние теплофизических факторов и режимов резания на величину критического износа режущих элементов дискового инструмента.

4.5. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности механической обработки на основе управления конструкторско-технологическими факторами»

В машиностроении изготовление деталей составляет до 70% от всей трудоемкости производства машин. При этом обработка металлорежущим инструментом, как способ получения изделий из заготовок, имеет наиболее широкое распространение в силу ее высоких технико-экономических показателей. Поэтому повышение эффективности механической обработки является одной из важнейших задач современного производства. В первую очередь это означает, что в процессе изготовления деталей машин необходим переход на такие технологические процессы, которые позволят обеспечить требуемое качество деталей с максимальной производительностью при минимизации потерь материалов, затрат времени труда станочников, энергетических и прочих ресурсов. В настоящее время, наряду с существующими традиционными способами обработки, разрабатываются и внедряются новые методы обработки материалов, такие как электрофизические, ультразвуковые, лазером и электронным лучом. Это не означает, что традиционные способы резания утратили свою промышленную и научную актуальность, а связано с необходимостью решения на производстве более широкого круга задач.

Каждый из перечисленных способов обработки материалов имеет свои преимущества и недостатки, а главное - свою область применения, однако, на сегодняшний день механическая обработка на станках широко распространена в машиностроении и позволяет обеспечивать как наиболее высокие качественные характеристики, так и наиболее высокую производительность.

Перспективным путем дальнейшей интенсификации обработки материалов является совершенствование режимной части резания на основе новых представлений о процессе резания материалов, а также повышение степени автоматизации технологических процессов.

Разработка эффективных, ресурсосберегающих технологических процессов механической обработки деталей машин при обеспечении требуемого качества всегда являлась основной задачей технической политики развивающегося общества. Большой вклад в ее решение внесло развитие направления, связанного с созданием и использованием адаптивных и самооптимизирующихся систем управления металлорежущими станками. Применение станков с ЧПУ, оснащенных такими системами, позволяет резко повысить точность обработки. Создание и использование новых износостойких режущих материалов, обеспечивает увеличение режимов резания и снижает время на обработку. Однако это всего лишь одно из направлений развития специальных технологий и наук, которое не может дать полного и всестороннего решения задачи резкого повышения эффективности и качества производства машин путем быстрого и высококачественного изготовления их деталей. При изготовлении ответственных деталей современных машин наука и производство постоянно сталкиваются с проблемой поиска эффективных средств технологического воздействия на поверхностный слой в процессе формообразования их рабочих поверхностей. Повышение эксплутационной надежности машин прямо связано с долговечностью их ответственных деталей, которая полностью зависит от качественного состояния их рабочих поверхностей, испытывающих те или иные нагрузки и различного рода воздействия. Поэтому понятие качества поверхности сейчас включает не только требуемую точность ее формы, но и заданную шероховатость, определяемую лишь одним ее показателем - высотой микронеровностей. В зависимости от эксплутационных условий к поверхностному слою рабочей поверхности предъявляются требования по форме и направлению микрогеометрии, структуре, фазовому составу, микротвердости, остаточным напряжениям и другим показателям его качественного состояния.

Обеспечение заданных качественных показателей поверхностных слоев при формообразовании рабочих поверхностей в процессе изготовления деталей является одним из важнейших направлений, которыми занимается технологическая наука. Следует отметить, что за последние годы выработалась тенденция, по которой в процессе формообразования поверхности и ее слоя, обработке режущим инструментом отведена роль обеспечения точности и заданной шероховатости, а для формирования других важных качественных показателей таких, как наклеп и остаточные напряжения, безоговорочно принимается удлинение маршрута обработки детали путем введения в технологический процесс дополнительных отделочно-упрочняющих операций.

Важной, неотъемлемой частью машиностроения является заготовительное и механообрабатывающее производство, объемы которых в большой степени определяют трудоемкость и качество деталей машин, а, следовательно, и выпускаемых машин в целом.

Непрерывный рост требований, предъявляемых к качеству рабочих поверхностей деталей машин, определяет одной из актуальных задач получение необходимых характеристик качества обработанных лезвийным инструментом поверхностей. Анализ опубликованных работ Боброва В.Ф., By С.В., Зипунникова Н.А., Исаева А.И., Командури А.И., Комарова В.А., Кузнецова В.Д., Макарова А.Д., Резникова А.Н. и других, показывает, что механическая лезвийная обработка материалов сохраняет свое значение на обозримую перспективу, а объем ее применения для окончательного формирования рабочих поверхностей будет неуклонно возрастать.

Вследствие этого даже незначительное усовершенствование в применении режущего инструмента или усовершенствование технологического процесса обработки предполагает получение экономического эффекта.

В настоящей работе проанализированы причины возникновения дефектов поверхностей обработанных резанием, в частности, прижоги и заусенцы, которые, в той или иной мере, всегда сопутствуют механической обработке. Предложена физико-математическая модель процесса образования дефектов поверхностей при высокоскоростном, трехстороннем резании с целью управления временем бездефектного формообразования рабочих поверхностей деталей машин. Данное моделирование базируется на новых представлениях о характере процесса разрушения металлов при резании выдвинутых в работах [2,3,7,9,27,38,42,55,65], а также в работах Комарова В.А. [25,26,28,31].

Увеличение времени бездефектного формообразования позволяет сократить длительность механической обработки, за счет исключения операций удаления заусенцев, а также позволяет повысить качество обработанных поверхностей за счет исключения прижогов на поверхностях обрабатываемых материалов.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Шурпо, Александр Николаевич

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ:

1. Разработаны аналитические модели для оценки влияния конструкторско-технологических факторов процесса резания на длительность бездефектной механической обработки.

2. Установлены причины образования заусенцев и получены зависимости, позволяющие управлять процессами их образования посредством выбора конструкторско-технологических параметров.

3. Исследованы причины образования прижогов при высокоскоростном резании.

4. Установлено, что причиной прижогов является не высокая скорость резания, а необоснованное использование больших подач без решения проблем деления припуска или его диспергирования на микроэлементы конструкторско-технологическими методами.

5. Получены зависимости, необходимые для выбора требуемых режимов высокоскоростной распиловки, исключающих образование заусенцев и прижогов.

6. Получены рекомендации для качественной высокоскоростной резки проката дисковым инструментом трехстороннего резания, которые апробированы в промышленности при механической обработке материалов Х12Н9Т и Д16.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Шурпо, Александр Николаевич, 2006 год

1. Абрамович A.JL, Комаров В.А., Мещерякова Т.Ф., Мольков В.И. Подтверждение импульсного характера разрушения материалов на основе металлофизического анализа образцов стружки // «Техника. Технология. Управление» №2, 1992, С.13-17.

2. Абрамомич А.Л., Мольков В.Н., Комаров В.А. Металлографическое исследование корней и шлифов стружки // «Передовой производственной опыт» №3, 1991, С. 57-58.

3. Аваков А.А. Физические основы теории стойкости режущих инструментов. М.: Машгиз, 1960, 307 с.

4. Албагачиев А.Ю., Комаров В.А., Преображенская Е.В. Способ отделочно-упрочняющей обработки поверхностей резанием // Изобретения (заявки и патенты) №20,4.1, 1999, С. 94-96.

5. Албагачиев А.Ю., Комаров В.А., Преображенская Е.В. Совмещенный инструмент на основе ротационного резца // Материалы региональной научно-практической конференции. Трансиб-99, Новосибирск, 1999, С. 346-347.

6. Албагачиев А.Ю., Комаров В.А., Серебряков В.И. Теплофизика дробеударного упрочнения // Технологическая теплофизика. Раздел II. Теплофизика обработки металлов давлением, Тольятти, 1988, С. 40-82.

7. Анисимов А.Н. Повышение эффективности механической обработки тонкостенных цилиндрических изделий специального назначения. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н., М., 1996.

8. Араменов В.А., Алексеев Г.А. Резание металлов. М., Машгиз, 1960, 490 с.

9. Балакшин Б.С. Теория и практика технологии машиностроения: В 2-х кн.-М.Машиностроение,-Кн. 1 Основы технологии машиностроения.-1982,- 367 с.

10. Блек И.Т. Модель пластического напряжения при резании металлов (пер. с англ.) ACME №4, Конструирование, 1979, С.45-51.

11. Блюмберг В.А., Зазерский Е.И. Справочник фрезеровщика. М.: Машиностроение, 1984, 228 с.

12. Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов, М.: Машиностроение, 1975,344 с.

13. Бокучава Г.В. Температура резания при шлифовании // Вестник машиностроения, №11, 1963, С. 47-54.

14. By С.В. Новый подход к определению передаточной функции для динамических процессов резания (пер. с англ.). Современное машиностроение, Серия В№10, 1989, 220 с.

15. Грановский Г.И. , Грановский В.Г. Резание металлов.- Учебник для спецВУЗов, М.: Высшая школа, 1985, 303 с.

16. Трудов А.А., Зипунников Н.А., Ермаков Ю.М., Хаги Г.Д. Способ обработки металлов резанием. А.С. СССР №1065087. Опубл. 19.11.1982 г.

17. Драйпер Н., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ, М., Статистика, 1973,125 с.

18. Зипунников Н.А, Комаров В.А., Шурпо А.Н., Новые закономерности для оценки стойкости металлорежущих инструментов // Сборник научных трудов. Том 9 Орел: Орловский государственный технический университет, 1996. С.122-127.

19. Зорев Н.Н., Грановский Г.И., Ларин М.Н., Лоладзе Т.Н., Третьяков И.П. и др. Развитие науки о резании металлов М.: Машиностроение, 1967, 632 с.

20. Исаев А.И. Процесс образования поверхностного слоя при обработке металлов резанием, М.: Машгиз, 1950, 358 с.

21. Кацев П.Г. Статистические модели исследования режущего инструментам.: Машиностроение, 1974, 240 с.

22. Командури, Флом. Обзор программы исследования перспективных процессов механической обработки, ACME №4, 1985, С.28-43.

23. Командури, Шредер, Турпевич. Катастрофический нестабильный сдвиг при высокоскоросном резании стали, ACME №2, 1982, С.92-121.

24. Комаров В.А. Теплофизический подход к классическому решению задач определения энергии и силы разрушения твердых тел при резании, Деп. Научные труды. ВИНИТИ, №6 (176), 1985, 134 с.

25. Komarov V., The new implus theory of metal cutting. The Rolex Awards for Enterprise, Switzerland, Geneva, 1996, 15 c.

26. Комаров В.А. Количественная оценка износа инструментов при резании // Фундаментальные и прикладные проблемы технологии в машиностроения. Материалы международной научно-практической конференции, Орел, 2000, С.215-217.

27. Комаров В.А. Поверхностная закалка при резании // Материалы четвертый международной научно-практической конференции «Качество машин», Брянск, БГТУ, 2001, С.78-83.

28. Комаров В.А. Повышение эффективности технологических процессов на основе совершенствования обработки резанием М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002, 164 с.

29. Комаров В.А., Анисимов А.Н. Высокоскоростная обработка керамических материалов, «Технология металлов» М.: Машиностроение, 1999, 28 с.

30. Комаров В.А., Анисимов А.Н. Физико-математический анализ причин интенсивного износа абразивных инструментов, « Технология металлов» М.: Машиностроение, 1999, 32 с.

31. Комаров В.А., Шурпо А.Н. Дисковая пила. Патент на изобретение РФ №94009795/02. Заявл. 22.03.94; Опубл. 24.04.96, МПК 6B23D61/02.

32. Крагельский И.В. Трение и износ. М.: Машиностроение, 1968, 580 с.

33. Кузнецов В.Д. Физика твердого тела. Материалы по физике внешнего трения, износу и внутреннему трению твердых тел. Т.4. Томск, Полиграфиздат, 1947, 542 с.

34. Кук, Раис. Прерывистая, сдвиговая деформация при непрерывном образовании стружки. АСМЕ№3, 1962, С. 22-31.

35. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов. М.: Металлургия, 1983, 359 с.

36. Ли Д. Влияние скорости резания на стружкообразование при прямоугольном резании. ACME №1, Конструирование, 1985, 107 с.

37. Лоладзе Т.И. Износ режущего инструмента. М.: Машиностроение, 1975,263 с.

38. Макаров А.Д. Оптимизация процессов фрезерования. М.: Машиностроение, 1976, 276 с.

39. Маталин А.А. Технология механической обработки, JL: Машиностроение, 1977, 462 с.

40. Методика выбора и оптимизации контролируемых факторов технологических процессов РДМУ 109-77. Издательство стандартов, 1978, 63 с.

41. Михайлов А.А. Об образовании шлифовочных трещин // Вестник машиностроения №9, 1968, С. 68-70.

42. Михайлов А.А. О несостоятельности тепловой теории образования шлифовочных трещин // Тепловые явления в процессах резания. М.: Знание, 1970, С. 23-27.

43. Михайлов А.А Обработка деталей с гальваническими покрытиями. М.: Машиностроение, 1981, 185 с.

44. Мольков В.И. Повышение производительности и качества отрезки проката черных и цветных металлов выполняемой дисковым сегментным инструментом на круглопильном оборудовании. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н., М., МИП, 1993.

45. Непомнящий Е.Ф. Трение и износ под воздействием струи твердых сферических частиц // СБ «Контактное взаимодействие твердых тел и расчет сил трения и износа» М., Наука, 1971, С. 190- 200.

46. Плешаков В.В. Методы и модели исследования операций: Регрессивное моделирование технологических систем: Учебное пособие для ВУЗов. МГТУ "СТАНКИН". М., 1996, 99 с.

47. Подзей А.В., Сулема A.M. Технологические остаточные напряжения. М.: Машиностроение, 1973, 216 с.

48. Подпоркин В.Г., Бердников JI.H. Фрезерование труднообрабатываемых материалов. JL: Машиностроение, 1983, 136 с.

49. Подураев В.Н. Обработка резанием с вибрацией. М.: Машиностроение, 1970, 350 с.

50. Полетика М.Ф. Приборы для измерения сил резания и крутящих моментов. Свердловск: Машгиз, 1972, 213 с.

51. Преображенская Е.В., Албагачиев А.Ю., Комаров В.А. Способ отделочно-упрочняющей обработки поверхностей резанием за один проход инструмента // Справочник. Инженерный журнал № 6, 1999, С. 40-49.

52. Преображенская Е.В. Обеспечение качества цилиндрических поверхностей методом совмещенной отделочно-упрочняющей обработки. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н., М., МИП, 2001.

53. Проспект фирмы «Вагнер» 7410 Ренлинген/ ФРГ, 22 с.

54. Рамарадис Т. Сантаним С. Разрушение инструмента в конце резания. Образование носка (пер. с англ.). Современное машиностроение, серия Б, 1989, №6, 216 с.

55. Режимы резания металлов. Справочник. 3-е изд. Перераб. Допол. М.: Машиностроение, 1972, 720 с.

56. Резников А.Н. Теплообмен при резании и охлаждении инструмента. М.: Машгиз, 1963, 184 с.

57. Резников А.Н. Теплофизика резания. М.Машиностроение, 1969, 95 с.

58. Резников А.Н. Теплофизика процессов механической обработки материалов. М.: Машиностроение, 1986, 336 с.

59. Решетов Д.Н., Портман В.Т. Точность металлорежущих станков. М.: Машиностроение, 1986, 310 с.

60. Рехт Р.Д. Динамический анализ высокоскоростной обработки резанием (пер. с англ.) ACME №4, 1985, С. 87-102.

61. Родин П.Р. Основы теории проектирования режущих инструментов. М. Машгиз, 1960, 426 с.

62. Семенченко И.И. Проектирование металлорежущих инструментов. М.: Машгиз, 1963, 952 с.

63. Серебряков В.И., Комаров В.А. Расчет характеристик упруго-пластического контакта при ударе. Деп. научн. работы. ВНИИТЭМР, 1986, № 8 (178), 80 с.

64. Силин С.С., Хрульков В.А. Глубинное шлифование деталей из труднообрабатываемых материалов М.Машиностроение, 1981, 237 с.

65. Сипайлов В.А. Тепловые процессы при шлифовании и управление качеством поверхности. М.: Машиностроение, 1978, 167 с.

66. Сорокин Г.М., Албагачиев А.Ю., Меделяев И.А. Экспериментальная установка для исследования поверхностной энергии металлов и сплавов./ Трение и износ, № 5,1986, С. 25-27

67. Сотников А.В. Повышение производительности и качества обработки плоских поверхностей деталей. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. М., 1987.

68. Тихонов В.М. Зависимость интенсивности изнашивания инструмента. Информ. изд-е ВИНИТИ, вып. 7, 1968, 62 с.

69. Трент Е. Резание металлов (пер. с англ.) М.: Машиностроение, 1980, 312 с.

70. Фадеев JI.A. Албагачиев А.Ю. Повышение надежности деталей машин М.: Машиностроение, 1993, 117 с.

71. Филоненко С.И. Резание металлов. Киев, Техника, 1975, 175 с.

72. Федоров В.В. Теория оптимального эксперимента (Планирование регрессионных экспериментов), М., Наука,1971, 312 с.

73. Ханин Н.В. Математическое моделирование процесса поверхностного разрушения деталей машин и приборов. М.,ВЗМИ, 1978, 127 с.

74. Хартман К., Лецкий Э., Шеффер В., Планирование экспериментов при исследовании технологических процессов, М., Мир,1977, 552 с.

75. Хрущев М.М., Бабичев М.А. Исследования изнашивания металлов. Изд-во АН СССР, 1980,163 с.

76. Шурпо А.Н. Математическая модель величины сечения заусенца при механической обработке // Инновации в машиностроении. Сборник статей IV Всероссийской научно-практической конференции. Пенза, 2004. С.104-106.

77. Шурпо А.Н. Разработка ресурсосберегающей технологии получения заготовок на основе экспериментальных исследований трехстороннего резания // Изв. Вузов. Сев-Кавк. Регион. Техн. Науки. 2006.- Приложение №10.-С.50-52.

78. Шустер Л.Ш. Адгезионное взаимодействие режущих инструментов с обрабатываемым материалом. М.: Машиностроение, 1988,292 с.

79. Этин А.О. Кинематический анализ методов обработки металлов резанием М., "Машиностроение", 1964, 272 с.