Повышение производительности процесса фрезерования деталей из композиционных материалов на основе разработки комплекса условий эксплуатации режущего инструмента тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.07, кандидат наук Гайст Сергей Валерьевич

• Гайст Сергей Валерьевич
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Гайст Сергей Валерьевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Состав и область применения композиционных

материалов

1.2 Анализ технических требований, предъявляемых к деталям из стеклопластика

1.3 Особенности механической обработки деталей из композиционных материалов

1.4 Проектирование операции механической обработки деталей из композиционных материалов

1.5 Выводы. Цель и задачи исследований

ГЛАВА 2 МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Построение имитационной модели

2.2 Экспериментальные исследования

2.2.1 Экспериментальные образцы

2.2.2 Приборы и оборудование

2.3 Режущий инструмент

2.4. Планирование эксперимента

ГЛАВА 3 ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА

ФРЕЗЕРОВАНИЯ СТЕКЛОПЛАСТИКА

3.1 Построение и исследование модели напряженно-деформированного состояния «заготовка-лезвие фрезы»

3.2 Исследование влияния режимов резания на напряженного-деформированное состояние системы «заготовка-лезвие фрезы»

3.3 Оценка влияния конструкторско-геометрических параметров на эквивалентные напряжения в режущем инструменте

3.4 Выводы

ГЛАВА 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

4.1 Исследование зависимости силы резания от режимных параметров

4.2 Исследование зависимости износа режущего инструмента от режимных параметров

4.3 Исследование зависимости среднего арифметического отклонения профиля Я от режимных параметров

4.4 Исследование влияния износа режущего инструмента на процесс стружкообразования

4.5 Выводы

ГЛАВА 5 СИНТЕЗ СПОСОБОВ УПРАВЛЕНИЯ

ФРЕЗЕРОВАНИЕМ ДЕТАЛЕЙ ИЗ СТЕКЛОПЛАСТИКА И ИХ

ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

5.1 Проектирование операции фрезерования стеклопластика

5.2 Синтез технических решений на И-ИЛИ графе

5.3 Реализация алгоритма проектирования операции фрезерования деталей из стеклопластика

5.3.1 Синтез способов управлением фрезерованием

5.3.2 Оценка способа управления при черновом фрезеровании

5.3.3 Оценка способа управления при чистовом фрезеровании

5.4 Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Акт внедрения результатов научно-технических

и технологических работ

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Патент на полезную модель

ПРИЛОЖЕНИЕ В. Патент на изобретение

ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Экономический расчет

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение производительности процесса фрезерования деталей из композиционных материалов на основе разработки комплекса условий эксплуатации режущего инструмента»

Актуальность темы исследования

Применение композиционных материалов, в частности стеклопластиков, в машиностроении увеличивается с каждым годом. Данные материалы используются в отраслях, где высокие механические свойства должны сочетаться с низким весом и возможностью выдерживать высокие нагрузки.

Однако, несмотря на то, что при производстве деталей из стеклопластиков удаётся в значительной степени приблизить форму заготовки к форме готового изделия, ряд поверхностей всегда нуждается в механической обработке. В частности, во многих случаях возникает необходимость в обработке фрезерованием пазов, окон, плоскостей и уступов, являющихся, как правило, либо исполнительными поверхностями, либо поверхностями, по которым осуществляется сопряжение деталей. Требования к обработанной поверхности: точность размеров -10-11 квалитет, шероховатость поверхностей (среднее арифметическое отклонение профиля Яа) не более 10 мкм (а в ряде случаев - не более 2,5 мкм).

Основные проблемы обеспечения заданных показателей точности при фрезеровании композиционного материала связаны с его физико-механическими свойствами: их анизотропией, низкой теплопроводностью, высокой абразивной способностью наполнителя, значительной упругостью матрицы.

На данный момент в литературе приводятся значения режимов резания и конструкторско-геометрических параметров инструмента для узкого круга обрабатываемых материалов: групп пластмасс, разделенных по степени обрабатываемости (композиционные материалы на основе керамики, с металлической матрицей и полимерные композиционные материалы). Рекомендуемые к использованию отраслевые стандарты и другие нормативы не учитывает новые виды стеклопластиков, что вызывает увеличение времени подготовки производства в связи с необходимостью проведения дополнительных исследований, устанавливающих влияние физико-механических свойств материала,

режимов резания, условий эксплуатации режущего инструмента на выходные параметры операции.

Перспективным направлением сокращения времени поисковых исследований является использование методик имитационного моделирования процесса механической обработки. Однако использование известных методик расчета напряженно-деформированного состояния системы «формообразующие элементы инструмента - Заготовка» таких как Deform, Adventege, Abaqus и других часто невозможно или затруднительно, так как они не позволяют в полной мере учесть анизотропию композиционных материалов, износ режущего инструмента и ряд других параметров.

Отсутствие автоматизированных методик проектирования параметров операций для деталей из стеклопластика приводит к увеличению периода технологической подготовки производства (ТПП) до 30-40% от общей трудоемкости и становится соизмеримым со сроком нахождения изделия в производстве, а иногда и превышает его. В этих условиях возникает необходимость автоматизации работ, вязанных с назначением режимов резания, условий эксплуатации режущего инструмента на всех этапах изготовления для сокращения длительности ТПП.

Таким образом, исследования, направленные на установления закономерностей взаимодействия формообразующих элементов фрезы с материалом заготовки и формирования выходных параметров процесса фрезерования заготовок из композиционных материалов, являются актуальными.

Степень разработанности темы исследования

Известны исследования процесса механической обработки композиционных материалов, которыми занимались ученые Степанов А.А., Штучный Б.П., Руднев А.В., Королев А.А., Егоров С.В., Ящерицын П.И., Ярославцев В.М., Singh S., Palanisamy V., Divyapriya P. и др. Анализ работ названных исследователей показывает, что приводимые в них рекомендации и зависимости по назначению режимов резания и конструкторско-геометрические параметры режущего инструмента носят противоречивый характер.

Перспективным направлением на сегодняшний день по установлению зависимости выходных параметров операции фрезерования (шероховатость обработанной поверхности, силы резания, износа режущего инструмента) от режимов резания и конструкторско-геометрических параметров режущего инструмента является имитационное моделирование.

Моделированием процессов механообработки занимались Щуров И.А., Болдырев И.С., Силин С.С., Безъязычный В.Ф., Суслов А.Г., Биргер И.А., Промптов А.И., Бабичев А.П., Кожина Т.Д., Кравченко Б.А., Подзей А.В. и др., однако, авторы исследовали определенный тип композиционного материала, полученные результаты в большинстве случаев невозможно применить для другого вида композиционного материала. В работах не приводятся общие зависимости входных параметров от выходных, что не позволяет адекватно назначать условия эксплуатации режущего инструмента, обеспечивающие его требуемую стойкость.

Целью диссертационной работы является: повышение производительности процесса фрезерования деталей из композиционных материалов на основе разработки комплекса технических решений, обоснованных анализом изучения особенностей взаимодействия формообразующих элементов фрезы с материалом заготовки.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Для установления взаимосвязи между условиями эксплуатации режущего инструмента и выходными параметрами процесса фрезерования заготовок из композиционного материала разработать модель и провести моделирование напряженно-деформированного состояния системы «формообразующие элементы фрезы - заготовка» с учетом физико-механических свойств обрабатываемого материала (анизотропия, значительная упругость матрицы, абразивные свойства наполнителя), режимов резания, геометрических параметров инструмента.

2. На основе экспериментальных исследований установить взаимосвязи между условиями эксплуатации режущего инструмента, его износом и шероховатостью

обработанной поверхности при фрезеровании заготовок из композиционного материала.

3. На основе результатов моделирования и экспериментальных данных предложить методику поискового конструирования технических решений, обеспечивающих повышение производительности процесса фрезерования деталей из композиционного материала.

4. Разработать технические решения, обеспечивающие повышение производительности за счет динамической стабилизации показателей качества (шероховатость обработанной поверхности, точность формы) при фрезеровании деталей из композиционных материалов.

5. Внедрить результаты исследования.

Научная новизна определяется следующими положениями:

1. Установлены взаимосвязи и дана количественная оценка напряженно-деформированного состояния системы «формообразующие элементы фрезы -заготовка» от физико-механических свойств обрабатываемого материала и условий эксплуатации режущего инструмента, что позволило прогнозировать формирование геометрических показателей качества поверхностей детали.

2. Получены эмпирические зависимости для расчета силы резания, износа фрезы по задней поверхности, шероховатости обработанной поверхности в зависимости от времени и условий эксплуатации режущего инструмента при фрезеровании композиционного материала.

3. На основе методов поискового конструирования обосновано повышение производительности обработки композиционного материала за счет сочетания адаптивного управления подачей при черновом фрезеровании и высокоскоростной обработки при чистовом фрезеровании.

Теоретическая и практическая значимость работы заключается в том, что полученные результаты позволили прогнозировать формирование геометрических показателей качества поверхностей детали на этапе проектирования операции

фрезерования, а также разработать технические решения, обеспечивающие повышение производительности процесса фрезерования заготовок из композиционного материала за счет стабилизации силы резания при черновом фрезеровании с использованием динамометра оригинальной конструкции и высокоскоростного фрезерования при чистовой обработке, осуществить выбор конструкторско-геометрических параметров режущего инструмента и условий его эксплуатации.

Методология и методы исследования

Теоретические исследования проводились на базе научных основ технологии машиностроения, теории резания, теории упругости анизотропного тела, имитационного моделирования. Экспериментальные результаты получены с использованием современного аналитического оборудования. Достоверность результатов расчетов проверялась экспериментально в производственных и лабораторных условиях с использованием современной измерительной техники (сертифицированной и поверенной).

Степень достоверности и апробация работы

Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались и получили положительную оценку на совместных научных семинарах кафедр «Технология автоматизированных производств» и «Общая технология машиностроения» АлтГТУ им. И.И. Ползунова (2014 по 2018 г.г.), на XV- XVI городской научно-практической конференции молодых ученых «Молодежь - Барнаулу» (Барнаул, 2014г., 2015г.), на 1-ой Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы в машиностроении» (Новосибирск, 2014 г.), на VII Международной научно-практической конференции «Инновации в машиностроении - 2015» (Кемерово, 2015 г.), на XII Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Экономика региона. Промышленная политика: теория и практика разработки и реализации» (Барнаул, 2015 г.), на Ш-й Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы в

машиностроении» (Новосибирск, 2016 г.), на VIII Международной научно-технической конференции «Наукоёмкие технологии на современном этапе развития машиностроения» (Москва, 2016 г.), на ^-й Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы в машиностроении» (Новосибирск, 2017 г.), на V-й Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы в машиностроении» (Новосибирск, 2018 г.).

Публикации

Основные результаты диссертационной работы изложены в 1 9-ти печатных работах, из них три - в журналах, входящих в перечень ВАК, получено два патента РФ на полезную модель и одно изобретение.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы из 114 наименований и 4 приложений. Объем диссертации 146 страниц, в том числе 72 рисунка и 30 таблиц.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Состав и область применения композиционных материалов

Композиционным называют созданный искусственным путем материал, состоящий не менее чем из двух разнородных компонентов, которые не растворяются друг в друге, не вступают друг с другом в химические реакции. Соединение компонентов (фаз) между собой реализуется поверхностными силами. Как правило, соединяют в композиции материалы с явно выраженными различиями свойств. Характерно, что физико-механические и эксплуатационные характеристики получаемых композиций в большинстве случаев превосходят характеристики составляющих их компонентов. Главным компонентом композиционного материала является матрица (связующее), другой компонент — арматура (наполнитель). Связующее выполняет функцию дисперсной среды, в ней распределен наполнитель. Наполнитель не только упрочняет матрицу, но и обеспечивает ее требуемую жесткость.

Композиционные материалы находят широкое применение в таких отраслях промышленности, как авиастроение, судо- и автомобилестроение, космическая и ракетная техника и др. В последнее время наблюдается значительное расширение сфер применения новых материалов: производство новых изделий в химической промышленности, машиностроении, станкостроении, на предприятиях медицинского, текстильного, газонефтяного и спортивного инвентаря.

Основные причины, вызывающие интерес к использованию композиционных материалов, объясняются сочетанием относительно невысокой стоимости их изготовления с высокими физико-механическими и эксплуатационными свойствами. К этим свойствам относятся:

- значительная жесткость и высокая удельная прочность;

- низкие значения плотности, составляющей около (1,4.. .2,1)*103 кг/м3;

- невысокая теплопроводность;

- ветроустойчивость;

- отличные электроизоляционные свойства;

- устойчивость к коррозии др.

Специальные виды композиционных материалов обладают значительной износостойкостью, обеспечивают близкий к нулю коэффициент трения, работают в широком температурном диапазоне (стойкость к тепловым ударам), обладают способностью подавлять звуковые колебания, а также выполнять многие другие функции.

Положительным моментом при изготовлении композиционных материалов является возможность прогнозировать их свойства при проектировании и осуществлять регулирование их характеристик при изготовлении. Это обеспечивает создание конструкций, отдельных деталей или элементов этих конструкций с требуемыми по условиям эксплуатации характеристиками. При этом возможно учитывать тип нагрузок, напряжений, тепловых полей, их распределение, предусмотреть отрицательное воздействие агрессивных сред и т. п.

В зависимости от материала, используемого для получения матрицы, эти материалы классифицируют:

- композиционные материалы с полимерной матрицей;

- композиционные материалы с металлической матрицей;

- композиционные материалы с углеродной матрицей:

- композиционные материалы с керамической матрицей.

Основным назначением наполнителя композиционного материала является восприятие нагрузок, которые образуются в конструкциях (их элементах, деталях) при воздействии внешних нагрузок. Наполнитель обеспечивает прочность конструкции и жесткость. Это достигается за счет ориентирования волокон при формовании. При этом в качестве материала наполнителя могут применяться металлы и их сплавы, природные минералы, органические вещества. Форма материалов также может быть разнообразная: например, цельные и дискретные волокна, могут применяться нити и жгуты, часто используются ленты, ровинги и ткани, известны композиты с наполнителем в виде чешуек, порошков и пр. [100, 101, 106, 109].

В предлагаемой диссертации рассматривается композиционный материал с полимерной матрицей и непрерывным высокопрочным волокном, так как этот материал находит широкое применение и хорошо зарекомендовал себя в промышленности. В качестве матрицы в нем используется термореактивная связующая - эпоксидные смолы, а в качестве наполнителя - стекловолокно.

1.2 Анализ технических требований, предъявляемых к деталям из

стеклопластика

Анализ технологических процессов, реализуемых на предприятиях, изготавливающих детали из композиционных материалов, показал, что в качестве как заготовительных, так и финишных операций, как правило, применяют механическую обработку: точение, растачивание, фрезерование [40, 83, 107].

В первую очередь это связано с тем, именно лезвийная обработка в большинстве случаев является единственным методом, который обеспечивает получение заданных конструктором технических требований к точности размеров и расположения поверхностей, шероховатости, качеству поверхностного слоя. По сути, обработка резанием обеспечивает последующую надежность и работоспособность изготавливаемого изделия.

При необходимости получения сложно-профильных поверхностей с низкой шероховатостью и высокой точностью в большинстве случаев более экономичными и единственно возможными являются технологические операции механической обработки (фрезерование, точение и т.п.), по сравнению с операциями первичного формообразования деталей из композиционных материалов.

В связи с тем, что заготовки для изготовления деталей из композиционных материалов производятся в виде определенного сортамента (труба, лист, плита, брус, специальные профили) в технологическом процессе присутствуют операции первичной механической обработки: разрезание, отрезание. Кроме того, необходимость лезвийной обработки связана с удалением технологических элементов операций первичного формообразования, таких как фрагменты литниковых систем, заусенцы, прибыли и т.п. По данным результатов анализа

технологических процессов на ряде предприятий трудоемкость этих операций может составлять до 60 % суммарного времени изготовления детали из композиционного материала.

Из всего разнообразия выпускаемых в настоящее время деталей из композиционных материалов по конструктивно-геометрическим признакам можно выделить такие группы (рисунок 1.1): корпуса (свыше 30% от общего количества деталей), детали в виде тел вращения (до 65%) и прочие детали (около 5%). Среди тел вращения наибольшее распространение имеют валы (25%), далее следуют втулки (15%) и диски без отверстий (до 5%). [13, 15].

Рисунок 1.1 - Виды деталей из стеклопластика, подвергаемых механической

обработке

В таблице 1.1 приводятся значения технических требований, которые предъявляются к поверхностям деталей после механической обработки. Как видно из таблицы требования достаточно жесткие. Ряд требований имеет специфичный для композиционных материалов характер [26, 57, 67, 76, 83 93]. Например, исходя из служебного назначения корпусной детали, чертеж которой представлен на рисунке 1.2, технические требования включают такие указания как обязательное отсутствие прижогов и разлохмачивания стеклонитей, недопустимость выкрашивания, выгорания и расслоение материала.

Таблица 1.1 - требования к деталям из композиционных материалов

Поверхность Значения показателей точности

1Т, квалитет Лформы, мкм Яа, мкм

Плоскость черновая 9 - 11 20 - 40 6,3 - 10

Плоскость чистовая 7 - 9 1,2 - 2 2,5 -1,25

Паз 8 - 10 1,6 - 2,5 2,5 - 6,3

Окно 9 - 11 20 - 40 3,2 - 8

Выступ 8 - 10 1,6 - 2,5 8 -10

Фрезерование отверстий 7 - 9 0,4 - 0,8 1,25 - 1,6

Рисунок 1.2- Корпус

1.3 Особенности механической обработки деталей из композиционных

материалов

Изучению проблемы обрабатываемости резанием композиционных материалов на основе полимеров и, в том числе, стеклопластикам уделено достаточно много внимания. Эти вопросы рассматривались в работах советских, российских и зарубежных исследователей: А. И. Исаева [43, 44, 45], С. В. Егорова [36, 37], В. И. Дрожжина [30, 31, 72], А. А. Королева [70], Б.П. Штучного [93, 94], А. Кобаяши [49] и многих других авторов [5, 16, 32, 38, 39, 40, 58, 87, 83].

При анализе указанных выше работ были выявлены наиболее характерные особенности физических характеристик и механических свойств стеклопластиков. Эти особенности должны быть обязательно учтены при проектировании операций механической обработки.

Первая особенность связана с анизотропией свойств стеклопластика. Вследствие этого по-разному протекает процессы резания и стружкообразования при движении режущих лезвий инструмента вдоль и поперек волокон. Схема расположения волокон также оказывает существенное влияние и на процесс формирования качества поверхностного слоя, в частности на шероховатость обработанной поверхности. Поэтому при назначении траектории движения инструмента и режимов резания следует учитывать это свойство. Анизотропия свойств стеклопластика проявляется и в его слоистости, не всегда удовлетворительной адгезионной связи стекловолокон с эпоксидным связующим. Для обеспечения заданного качества авторы рекомендуют использовать острозаточенный инструмент и не допускать обработку при его затуплении по задней поверхности выше 0,3 мм. В противном случае из-за увеличения сил резания при затуплении возможно образование трещин между матрицей и связующим, приводящим к выкрашиванию последнего, что не является допустимым. Кроме того, перерезание армирующих волокон, расположенных на поверхности детали, может привести к образованию брака в виде разлохмачивания (рисунок. 1.3).

Рисунок 1. 3 - Брак обработанной поверхности в виде разлохмачивания, возникающий при перерезании волокон

Вторая особенность обработки вызвана крайне низкой (почти нулевой) теплопроводностью обрабатываемого материала. Указанная особенность оказывает существенное влияние на распределение тепловой энергии между элементами зоны резания (рисунок 1.4). Как видно из диаграммы теплового баланса режущий инструмент принимает в себя более 90% тепловой энергии, стружка поглощает не более 2%, а в обрабатываемую деталь отводится не более 8% [93]. Такое распределение тепла обуславливает повышенный износ инструмента.

Резец 90%

Заготовка; 8%

Стружка; 2%

Рисунок 1.4 - Диаграмма теплового баланса процесса резания

Как известно, при резании металлических заготовок картина распределения тепловой энергии иная: значительная часть тепловой энергии, от 60% и более, переходит в стружку и вместе с ней удаляется из зоны резания. Оставшиеся 40% тепла распределяются между инструментом и заготовкой. То есть инструмент при обработке металлов работает в более «комфортных» условиях, по сравнению с обработкой композитов.

Третья особенность обработки определяется значительными абразивными свойствами стекловолокон, обладающими, кроме того, высокой твердостью. Их контакт с режущим лезвием в условиях высоких температур приводит к интенсивному износу и затуплению инструмента.

Высокие температуры в зоне резания и относительно невысокая теплостойкость связующего приводят к деструкции последнего (четвертая особенность). Деструкция заключается в массовом разрыве химических связей молекулярных цепей полимера с образованием значительного числа свободных (несвязанных) макрорадикалов. Наличие поверхностно-активных веществ в зоне резания обуславливает адсорбционный механохимический износ режущего лезвия [31, 42], присущего только обработке полимерных композитных материалов.

Пятая особенность обработки вызвана тем, что из-за высоких упругих свойств стеклопластика при его обработке образуются площадки контакта задних поверхностей инструмента и заготовки большие по размерам, чем при обработке металлов. Кроме того, проявляется упругое восстановление обработанной поверхности материала, лежащего под поверхностью резания (рисунок 1.5). Следствием проявления упругого восстановления являются значительные по размеру площадки контакта задней поверхности лезвия инструмента и заготовки. Наличие площадок контакта приводит к перераспределению составляющих силы резания: в отличие от обработки металлов величина составляющих сил резания по задней поверхности может значительно превышать значения составляющих сил по передней поверхности.

Рисунок 1.5 - Зона контакта задней поверхности инструмента и заготовки при

обработке стеклопластика

Явление упругого восстановления поверхности детали из стеклопластика необходимо принимать во внимание при разработке методики оценки точности обработки. Из указанных выше работ известно, что значения сил резания при обработке стеклопластика в 10-20 раз ниже, по сравнению со значениями сил резания при обработке металлов. При этом стеклопластик обладает большей упругостью. Следовательно, точность обработки деталей из стеклопластика в меньшей степени определяется жесткостью системы станок — приспособление — инструмент. Гораздо большее значение имеют упругие свойства самого материала.

Особенности физических характеристик и механических свойств стеклопластиков следует принимать во внимание и при выборе технологического критерия износа режущего лезвия инструмента (шестая особенность). Как уже было указано выше, превалирующими видами износа являются износ по задней поверхности и округление режущей кромки [71, 82, 94].

Кроме того, из-за того, что обрабатываемый материал имеет слоистую структура, а наличие высокой температуры в зоне резания вызывает деструкцию соединения наполнитель - связующее, при назначении технологического критерия износа следует учитывать появление дефектов в виде сколов поверхностей, расслоения, разлохмачивания, прижогов. В связи с этим назначаемая величина

допустимого износ режущего лезвия при механической обработке стеклопластика всегда ниже, чем при таком же виде механической обработки металлов.

Обладая высокими прочностными свойствами, стеклопластики имеют низкую теплостойкость (седьмая особенность). В зависимости от того, какое связующее использовано при изготовлении, теплостойкость стеклопластика лежит в пределах 160°С ...300°С. Если температура в зоне резания будет, выше указанных пределов, то может произойти выгорание связующего, с образованием на обработанной поверхности прижогов. При этом традиционно применяемый для обработки металлов способ отвода тепла из зоны резания путем использования смазочно-охлаждающих технологических средств недопустим, так как стеклопластики гигроскопичны.

Ряд исследователей отмечают наличие особенностей в процессе стружкообразования, его значительных отличиях от процесса стружкообразования при лезвийной обработке металлов и сплавов. Наличие высоких упругих свойства связующего композиционного материала и значительная прочность стеклонитей определяют преимущественно хрупкий характер разрушения материала при резании с образованием трех видов стружки одновременно (восьмая особенность): элементная, пылевидная, сливная (рисунок 1.6).

а б в

Рисунок 1.6 - Виды стружки при обработке стеклопластика: а - элементная, б - пылевидная, в - сливная Наличие выявленных восьми видов особенностей механической обработки стеклопластиков свидетельствует, что применение рекомендаций, разработанных для обработки металлов и их сплавов, для обработки композиционных материалов

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Гайст Сергей Валерьевич, 2019 год

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

5.1 Проектирование операции фрезерования стеклопластика

В основе предложенного программно-алгоритмического комплекса лежат полученные в диссертации зависимости показателей шероховатости обработанной поверхности от режимных параметров; зависимости износа режущего инструмента от конструкторско-геометрических и режимных параметров; методика имитационного расчета силовых характеристик процесса резания; методика получения экспериментальных зависимостей силы резания от режимов резания; зависимости износа режущей кромки от режимных параметров.

Алгоритм работает следующим образом. Технолог вводит исходные данные (блок 2), среди которых: шероховатость обработанной поверхности; физико-механические свойства обрабатываемого материала; количество деталей в партии; требуемая себестоимость.

Далее (блок 3), на основе метода синтеза решений на И-ИЛИ-графе производится комбинаторный поиск (п.5.2), результатом которого является структура способа управления фрезерованием. Далее происходит выбор параметров (блок 4) способов управления фрезерованием: назначается скорость резания, подача, глубина фрезерования, передний и задний угол режущего клина. Стоит отметить, что в первую очередь из базы данных режущего инструмента и режимов резания предлагаются варианты рекомендуемых режимов резания и конструкторско-геометрические параметры режущего инструмента для заданных физико-механических свойств материала. После этого происходит имитационное моделирование (блок 5) и расчет эквивалентных напряжений в зоне резания. Затем осуществляется проверка (блок 6) на наличие зависимости шероховатости обработанной поверхности и износа режущего инструмента от эквивалентных напряжений.

При наличии требуемых зависимостей производится расчет шероховатости обработанной поверхности, производительности и себестоимости (блок 7). В том случае, если технические требования, предъявляемые к партии деталей, обеспечиваются (блок 8), то происходит выбор оптимальных значений режимных параметров (блок 9) и последующее завершение алгоритма (блок 10).

Если требуемые зависимостей отсутствуют (блок 6), то в алгоритме предусмотрено проведение физического эксперимента по методике факторного эксперимента (блок 11), результатом которого является получение зависимости шероховатости обработанной поверхности и износа режущего инструмента от эквивалентных напряжений. После этого осуществляется переход к блоку 7.

При несоответствии условий в блоке 8 осуществляется переход к блоку 3 для применения другого или поиск нового метода обработки с последующим выбором оптимальных режимных параметров.

Рисунок 5.1 - Алгоритм проектирования операции фрезерования

5.2 Синтез технических решений на И-ИЛИ - графе

Известно, что древовидная структура в виде И-ИЛИ - графа представления информации об известных технических решениях является наиболее развернутой. [1, 11, 9, 28, 68]. «Такая форма представления информации о прототипах кроме наглядности и удобства выбора, позволяет осуществить синтез технических решений при варьировании ИЛИ - вершин за счет нового их сочетания» [68].

Построение И-ИЛИ - графа методов фрезерования стеклопластика последовательно осуществлялось в несколько этапов [1, 11, 9, 28, 68], которые включают в себя создание информационных массивов (таблица 5.1), функциональный анализ каждого из способов управления, разработкой И-ИЛИ -графа связанного с построением И - деревьев для каждого из технологических решений и объединены в общее И-ИЛИ - дерево (рисунок 5.2) всех способов управления фрезерования.

Рисунок 5.2 - Расширенное И-ИЛИ дерево Дерево, полученное в результате совмещения общих элементов и признаков способов фрезерования, называется деревом прошлого опыта. Оно обладает незначительной информативной мощностью по новизне технологических решений. Для расширения данного И-ИЛИ - дерева был использованы методы активизации творчества.

Структура общего И-ИЛИ - дерева способов фрезерования, полученного расширением дерева прошлого опыта, не является закрытой. Она предполагает свое

дальнейшее дополнение. «Такое дополнение проводится на основе изучения самых последних патентов и авторских свидетельств, выданных на функционально близкие технические объекты. Кроме того, возможно комбинирование ветвей дерева и элементов между собой» [68].

Таблица 5.1 - Информационный массив для синтеза способов управления показателями точности (фрагмент)

Технологические решения Устраняемые погрешности

№ Название Описание Лит. Недопустимая шероховатость Погрешность размеров Погрешности формы и расположения Дефектный слой

1 Способ фрезерования заготовок с переменным припуском Сущность способа обработки заготовок с переменным припуском, заключается в перемещение концевой фрезы с постоянной подачей по траектории, эквидистантной обрабатываемой поверхности, при обработке участков поверхности с максимальным по величине припуском ось фрезы устанавливают перпендикулярно направлению подачн. При обработке остальных участков угол наклона оси концевой фрезы такой, что площадь контакта рабочей поверхности концевой фрезы н заготовки на данном участке была равна площади контакта рабочей поверхности концевой фрезы н заготовки на участке с максимальным припуском. [63] +

2 Способ чистового фрезерования Технический результат достигается тем, что при чистовом фрезеровании в сторону рабочего движения режущих кромок фрезы ее ось наклоняют к направлению фрезерования, в сторону выходных концов режущих кромок. Прн этом скорость фрезерования может быть увеличена с соответствующим уменьшением скорости рабочего движения кромок, уменьшен наклон кромок и увеличен угол наклона оси фрезы. [64] + +

3 Способ торцового фрезерования плоских поверхностен Способ может быть использован при фрезеровании плоских поверхностей. Фрезе сообщают главное вращательное движение и криволинейное врезание в заготовку с двумя движениями подачи Эх и Криволинейное врезание фрезы в заготовку осуществляют при согласовании подач&хи§х.с обеспечением траектории врезания фрезы в виде четверти эллипса, большая ось которого равна диаметру фрезы, а меньшая определена из приведенной зависимости. [66] + +

Продолжение таблицы 5.1

4 Метод обработки композитов Способ получения отверстий или углублении в деталях из КМ, с использованием концевых фрез. Предварительно сверлится отверстие, затем поверхность обрабатывается КФ, Фрезе задается вращательное движение вокруг своей оси. и эксцентричное движение вокруг оси отверстия. Метод позволяет устранить дефекты на поверхности отверстия. [100] + +

5 Прерывистое резание Режущему инструменту или (н) заготовке дополнительным внешним источником энергии целенаправленно задают вынужденные колебания, наиболее существенное повышение периода стойкости инструмента имеет место на режимах колебаний. обеспечивающих периодический выход инструмента, его режущих лезвий из зоны резания. За время холостого пробега инструмента происходит охлаждение его рабочей части. отдых контактных поверхностей, обеспечивается: беспрепятственный доступ смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) к режущим кромкам лезвия. [100] + +

6 Способ резания с ДТП Сущность способа заключается в том. что при обработке поверхности заготовки в окончательный размер образовавшийся ворс связывают нанесением твердеющего технологического покрытия, которое затем удаляют при втором (окончательном) проходе инструмента в тот же размер, Механическая обработка образовавшегося покрытия на режимах гонкого точения позволяет получить шероховатость поверхности деталей Ra = 0.5... 1.25 мкм, отклонение от крутости- 3...4 степени точности, высокую точность размеров (6-7 квалнтета), практически полностью исключает ворсистость обработанной поверхности. [65] + + + +

-г Метод резания с предразрушением. срезаемого слоя Метод позволяет при точении стекло- и углепластиков повысить период стойкости режущего инструмента до 3... 10 раз и более. При этом может быть существенно повышена точность обработки деталей за счет уменьшения размерного износа инструмента. Сущность метода заключается в целенаправленном изменении энергетического состояния материала срезаемого слоя за счет предварительного его деформирования, которое осуществляют в процессе резания дополнительным устройством. [97] + + + +

На основе методов научно-технического творчества [68] дерево прошлого опыта расширяется, например, введена вершина «Предел скорости резания» с альтернативами «ВСО» и «не ВСО».

Максимальное количество решений (способов управления), которое может быть синтезировано на И-ИЛИ - графе составляет 672. Каждое из решений содержит, по крайней мере, хотя бы один элемент или признак, отличающий это решение от другого.

Для осуществления процедуры синтеза конкретных способов фрезерования необходимо построить модели оценки технических решений. Как правило, под моделью оценки понимается установленная взаимосвязь между имеющимся набором элементов и признаков технических решений и заданными техническими требования, определяющими возможность функционирования этого класса объектов. В данной диссертации моделью оценки является матрица соответствий. Матрица представляет собой таблицу. Строки таблицы - вершины общего И-ИЛИ - дерева (в виде наименований или номеров). Столбцы - технические требования, записанные также в виде наименований или номеров (таблица 5.2).

Таблица 5.2 - Технические требования, предъявляемые к структуре ТР

№ Техническое требование

1 Обеспечение требуемой шероховатости

2 Точность формы

3 Теплонапряженность

4 Производительность

5 Себестоимость (дешевизна)

6 Возможность автоматизации

Построение модели оценки технических решений заключается в оценке висячих (то есть не имеющих потомков) вершин И-ИЛИ-дерева. Именно этим вершинам соответствуют альтернативные элементы или признаки. Для установления степени соответствия может быть использовано математическое

моделирование, эксперимент или метод экспертных оценок. Система оценок принимается такой, чтобы модель оценки обеспечивала четкое выражение качественных и количественных отличий между технологическими решениями. В таблице 5.3 показана матрица соответствий, элементы которой оценены по пятибалльной системе.

Матрица 5.3 - Матрица соответствий

Номер элемента технологического решения Техническое требование

Обеспечение требуемой шероховатости Точность формы Теплонапряженность Производительность Себестоимость Возможность автоматизации

6 5 5 5 5 4 1

7 4 4 5 4 4 1

11 2 1 3 4 2 1

13 2 2 2 5 5 1

15 5 4 5 5 5 5

16 5 4 5 4 4 4

17 3 1 4 4 4 3

19 5 4 5 1 1 5

20 5 5 2 1 3 1

21 5 5 5 5 5 4

22 2 3 2 4 3 1

23 2 4 3 2 4 2

24 5 5 3 1 4 3

25 5 5 4 3 4 3

26 2 3 3 2 5 4

27 2 4 3 2 5 2

28 5 5 5 5 4 4

29 3 3 4 4 4 4

30 3 3 4 5 4 3

31 5 4 5 5 5 3

Для синтеза решений определяется техническое задание, представляющее собой набор требований (таблица 5.2) и необходимые для данных условий их значения. Пример технического задания представлен в таблице 5.4

Таблица 5.4 - Технические задания

Техническое требование Значение

Обеспечение требуемой шероховатости 4

Точность формы 3

Теплонапряженность 4

Производительность 3

Себестоимость (дешевизна) 3

Возможность автоматизации 4

При синтезе решений из матрицы соответствия выбираются вершины, оценка которых не ниже, чем в техническом задании. В связи со значительным объемом вычислений процесс синтеза целесообразно проводить в автоматизированном режиме. В качестве средства автоматизации в диссертации использован комплекс программ «Творчество -интенсификация инженерного труда» [Свидетельство Роспатента №970005 об официальной регистрации программы для ЭВМ].

На рисунке 5.3 представлена экранная форма режимов работы программы. Ввод дерева осуществляется путем ввода его вершин (рисунок 5.3 б) и связей между ними, указывается номер вершины, ее тип (И, ИЛИ) (рисунок 5.3 в). Далее вводятся технические требования, предъявляемые к способу фрезерования (рисунок 5.3 г) и матрица соответствий (рисунок 5.3

д). После этого осуществляется введение технического задания (рисунок 5.3

е).

а - общий вид программы

б -ввода вершин

в - ввод связей

г - ввод технических требований

д - ввод матрицы соответсвия

е - введение технического задания

ж - синтез технических решений

з - вывод решиений

Рисунок 5.3 - Экранная форма режимов работы программы При помощи алгоритма, заложенного в программном комплексе, были синтезированы технические решения (рисунок 5.3 ж), которые можно вывести в окне "Вывод решений" (рисунок 5.3 з).

По представленному в таблице 5.4 техническому заданию программой синтезировано 672 решения, которые приведены в таблице 5.5. Таблица 5.5 - Синтезированные решения (фрагмент)

№ Описание технического решения

1 Высокоскоростной метод фрезерования с изменяемой величиной подачи, зависящий от силы резания

2 Не высокоскоростной метод фрезерования с изменяемой глубиной резания и подачей, зависящие от вибраций, возникающих в процессе резания

3 Высокоскоростной метод фрезерования с неизменяемым режимным параметром

4 Не высокоскоростной метод фрезерования с измененяемой геометрией режущего инструмента

5 Не высокоскоростной метод фрезерования с изменяемой величиной подачи, зависящий от силы резания

5.3 Реализация алгоритма проектирования операции фрезерования

деталей из стеклопластика

5.3.1 Синтез способов управлением фрезерованием

Реализация описанного выше алгоритма рассмотрим на примере проектирования операции фрезерования деталей из стеклопластика "Направляющая" для ООО «Станкоцентр Перун».

Направляющие служат для обеспечения прямолинейного или кругового перемещения подвижных узлов станка, обеспечивая правильность траектории движения заготовки или детали и для восприятия внешних сил.

Направляющие должны обеспечивать прямолинейность и точность перемещению узлов, поэтому к ним предъявляются высокие требования: - первоначальная точность изготовления;

- долговечность (сохранение точности в течение заданного срока);

- высокая износостойкость;

- высокая жесткость;

- высокие демпфирующие свойства;

- малые силы трения;

- простота конструкции;

- возможность обеспечения регулирования зазора-натяга.

Точность направляющих обеспечивается технологией их обработки, а

длительное сохранение точности - правильным выбором материала, конструкции и условий эксплуатации.

Направляющие скольжения имеют низкую точность установочных перемещений, большие силы трения и повышенный износ.

Так как исследуемая деталь используется на деревообрабатывающих станках, где нет абразивных загрязнений и узел станка, на котором двигаются направляющие имеет незначительную массу, то целесообразно использовать композиционный материал (стеклопластик).

Основные технические требования, которые необходимо обеспечить при обработке направляющей приведены на рисунке 5.4: шероховатость (Яа) обработанной поверхности не более 2,5 мкм, класс точности не менее 7, при этом необходимо обеспечить производительность снимаемого материала по объему (мм3/с) не менее 150мм3/с (0=У^ +ар+ае/1000 где где Q -

производительность; V} - минутная подача; ар - высота фрезерования, ар -ширина фрезерования; 2 - число зубьев; п - частота вращения)

В качестве заготовки детали "Направляющая" применяют круг диаметром 80 мм. с физико-механическими свойствами указанных в таблице 2.1 (глава 2)

В действующем технологическом процессе (базовый вариант) обработка производилась на станке модели Challenger RH-20 (рисунок 5.5). В качестве

режущего инструмента использовалась шпоночная фреза диаметром 10 мм. (по ГОСТ 9140-78). В связи с нестабильностью свойств обрабатываемого материала обеспечение выходных параметров достигается корректированием режимных параметров, которые варьируются:

- при черновой обработке ¥=10-30м/мин; t=0,5-5мм; 8>2=0,03-0,1мм/зуб

- при чистовой обработке У=30-50м/мин; t=0,1-0,5мм; Sz=0,01-0,05 мм/зуб.

Необходимость постоянной корректировки режимных параметров делает практически невозможным обеспечение требуемой производительности, что приводит к увеличению стоимости механической обработки, и, как следствие, увеличению стоимости изготавливаемого оборудования.

Рисунок 5.5 - Этап настройки Для применения вышеописанного алгоритма (пункт 5.1) технологический процесс механической обработки детали «Направляющая» рассматривается как отдельные операции при черновой и чистовой обработке.

Таким образом, для каждого типа обработки было составлено техническое задание, указанное в таблице 5.6

Таблица 5.6 - Техническое задание для обработки детали «Направляющая»

Тип обработки Шероховатость Ra, мкм Точность формы, класс Производительность Q, мм3/с

Черновая не более 10 11 не менее 250

Чистовая не более 2,5 7 не менее 150

- при чистовой обработке ¥=300м/мин; /=0,2мм; &=0,03 мм/зуб

После ввода исходных данных в блоке 3 осуществляется комбинаторный поиск, основанный на И-ИЛИ графе (пункт 5.2), результатам которого 327 решений для чернового фрезерования и 402 для чистового. Однако, основываясь на оборудовании, имеющегося на предприятии были приняты следующие способы управления:

- для чернового фрезерования - не высокоскоростной метод фрезерования с изменяемой величиной подачи, зависящей от силы резания;

- для чистового фрезерования - высокоскоростной метод фрезерования с неизменяемым режимным параметром.

5.3.2 Оценка способа управления при черновом фрезеровании

В соответствии с описанием работы алгоритма (пункт 5.1) для заданного материала выбираются параметры режима резания. В данном случае из ранее проведенных исследований известны зависимости по назначению режимных параметров и КГП режущего инструмента. На их основе были выбраны следующие режимные параметры: У=200м/мин; /=0-10мм; &=0,03-0,35мм/зуб.

Для реализации синтезированного способа была разработана система стабилизации силы резания, позволяющая изменять величину подачи в зависимости от силы резания [10, 14, 26, 41] (рисунок 5.6).

Рисунок 5.6 - Структурная схема системы стабилизации силы резания: АР - автоматический регулятор (микроконтроллер); ОР - объект регулирования (технологическая система); Д - датчик (динамометр). Если рассматривать простейший П-регулятор, то микроконтроллер выполняет функцию усилительного звена с передаточной функцией Wap = ko.

Объект регулирования является апериодическим звеном с передаточной функцией:

Wop =

к,

(5.1)

Т^+1

Динамометр является звеном второго порядка с передаточной функцией:

к2

WR =

T22s2 + 2eT2s+1

Передаточная функция всей системы:

WAPW0p k(a2s2+a1s+1)

Щ =

1+WAPW0pW:Д b3s3+b2s2+b1s+1

k0ki

k0kik2+1

; a2 = T'iai = 2Т2в2; b3 =

T1T22

koki к 2+1

Ы =

bi =

(5.2)

(5.3)

TziiTie^+W _

kokiк2+1

(5.4)

где к =

2Т2е2+Т1 к0к1к2+1

При аттестации динамометра были определены его параметры: 72=0,1 с; 62=1,5; ¿2=0,002 В/Н.

Параметры технологической системы (определены экспериментально): Т1=0,2 с; ^=15 Н. При этом

Ы =

0,002 0,03&0 + 1

; Ь2 =

0,07

0,03&0 + 1

; Ь1 =

0,5

0,03&0 + 1

(5.5)

Исследование устойчивости по критерию Михайлова:

Знаменатель передаточной функции (5.3): Р(8)=ЬзВ3+Ь2В2+Ь18+1. При замене б на получаем:

ООЮ)=1-Ь2Ю2 + ю(Ь1 - Ьзю2) = И(ю) + У(ю)], (5.6)

где И(ю) = 1-Ь2®2; У(ю) =ю(Ь - Ьзю2).

Для устойчивости системы необходимо, чтобы действительная часть 0(]ю) при ю=0 была положительна и годограф проходил выше точки и = V = 0.

Первое условие всегда выполняется: и(0) = 1.

Для второго условия необходимо, чтобы при И = 0 значение V было положительным.

Из условия И(ю)=0 находим частоту: ю2 = 1/Ь2. Тогда при этой частоте V(ю) должно быть положительным: Ь1 - Ь3ю2>0 или Ь1 > Ь3ю2 = Ь3/Ь2.

Подставив выражения (5.5) в условия устойчивости системы получаем ограничения на значения коэффициента усиления автоматического регулятора:

ко < 550 1/В. (5.7)

На рисунке 5.8 приведены примеры годографа Михайлова для различных значений к0, из которых видно, что при к0, стремящемся к 550, система стремится к границе устойчивости.

Для работоспособности системы стабилизации силы резания необходимо, чтобы сигнал на входе микроконтроллера не превышал 5 В. Это накладывает дополнительное ограничение на параметр к0. При малом значении этого коэффициента для обеспечения заданного значения силы резания понадобится большее значение входного сигнала, и он может превысить 5 В.

Экспериментально установлено, что стабилизация силы резания должна проводиться на уровне Р = 1500 Н. Из рисунка 5.6 видно, что в установившемся режиме Р = к0к1е = 15 ков.

Рисунок 5.7 - Годографа Михайлова

В соответствии с этим, для обеспечения силы резания 1500 Н при максимальном значении е = 5 В и значение к0 > 20 1/В, автоматический регулятор должен обеспечивать коэффициент передачи от 20 до 550 1/В. При этом система является устойчивой, а значение напряжения на входе микроконтроллера на превысит 5 В.

Входной сигнал ивх определяется значением стабилизируемой силы резания и коэффициентом к0. Из передаточной функции системы в установившемся режиме (б=0)

р = ц (5 8)

1+0,03&0 вх ( . )

Отсюда при Р = 1500 Н

= ^ (5.9)

к0

Значения к0 влияют на динамику работы системы стабилизации. Для определения конкретного значения коэффициента ко рассмотрим переходные

характеристики системы. Моделирование производится в среде Scilab 6.0.2. Структурная схема модели представлена на рисунок 5.8

Рисунок 5.8 - Экранная форма режимов работы программы БейаЬ 6.0.2.

На рисунке 5.9 приведены переходные характеристики системы стабилизации при различных значениях коэффициента передачи микроконтроллера. Переходные характеристики дополнены графиком изменения напряжения на входе контроллера.

Время, с Время, с

б

Рисунок 5.9 - Переходные характеристики системы стабилизации: а -при ко = 20 1/В; б - при ко = 100 1/В При дальнейшем увеличении к0 колебательность системы и время переходного процесса возрастают. Поэтому при реализации системы использован коэффициент передачи к0 = 30 1/В. При таком значении коэффициента в динамике напряжение на входе контроллера на превышает 5 В, а время переходного процесса, перерегулирование и колебательность сравнительно невелики.

Система стабилизации силы резания работает следующим образом: сигналом «ивх» задается необходимая сила резания «Р», которая контролируется динамометром [25]. При изменении силы резания (износ режущего инструмента, изменение глубины резания) в элементе сравнения изменяется величина сигнала рассогласования е, на которую реагирует микроконтроллер и передает сигнал на систему ЧПУ. ЧПУ отрабатывая данный сигнал увеличивает или уменьшает величину подачи (заявка на

полезную модель "Устройство управления металлорежущим станком" заявка № 2017117353/02 (030073) от 18.05.2017 МПК B23Q15/02 (2006.1)).

Данная система была реализована на станке модели ГФ2171С5 рисунок

5.10

Рисунок 5.10 - Общий вид системы адаптивного управления станка

ГФ2171С5

Рассматривается фрезерование заготовки, конфигурация которой представлена на рисунке 5.11 (профиль заготовки и детали). Обработка производится в две стадии: черновая и чистовая. Припуск на черновую обработку меняется 0 до 19,5 мм, поэтому она осуществляется в 2 прохода. Глубина резания первого прохода меняется от 0 до 10 мм., что вызовет соответствующие изменения силы резания. Для стабилизации силы резания с помощью описанной выше системой стабилизации силы резания рассматривается участок с изменением глубины резания от 0 до 10 мм.

Рисунок 5.11 - Профиль заготовки и детали

В ходе экспериментов достигнута стабилизация силы резания. При изменении глубины резания в пределах 0 - 10 мм значения силы резания находились в пределах от 1450 до 1590 Н (разница между макс. и мин. значением 8,8%). Без использования системы стабилизации - 1105 до 1642 Н (разница между макс. и мин. значением 33%), рисунок 5.12.

Рисунок 5.12- График изменения силы резания при черновой обработке на первом проходе (длина обработки 53мм): 1- обработка без стабилизации силы резания; 2- обработка со стабилизацией силы резания Для оценки показателей точности формы после черновой обработки деталей как при базовом технологическом процессе (без использования системы стабилизации), так и предлагаемом технологическом процессе (с использованием системы стабилизации) проводился контроль размера по схеме, представленной на рисунке 5.13.

Рисунок 5.13 - Схема контроля показателей точности

В качестве мерительного инструмента выбрана индикаторная головка (поз. 3) часового типа с ценой деления 0,01 мм. Индикаторная головка закреплялась в шпинделе станка посредством патрона 1 и штатива 2. Далее производилась настройка на размер при помощи концевых мер и непосредственный замер. Контроль осуществлялся в 5-ти сечениях по 20 точек в каждом.

Результаты представлены на графике (рисунок 5.14) который показывает, что за счет стабилизации силы резания обеспечивается постоянство формы. Таким образом, обеспечивается равномерность припуска под последующую чистовую обработку.

Рисунок 5.14 - Отклонение формы детали: 1 - без использования системы стабилизации; 2 - с использованием системы стабилизации. На втором черновом проходе участки изменения глубина резания составляет всего по 4 мм. В связи с этим использование системы стабилизации силы резания не целесообразно.

5.3.3 Оценка способа управления при чистовом фрезеровании

Техническое решение для чистовой обработки заключается в использовании высокоскоростной обработки. Из литературы известно, что при значительном увеличении скорости резания (в пределах 400-1000 м/мин) и достижении ее некоторого критического значения может происходить снижение силы резания на 30% и более, что уменьшает деформационный слой обрабатываемой поверхности, а также, приводит к уменьшению температуры в зоне резания [21, 22, 23, 24, 75, 99].

Для определения критической скорости резания V были проведены поисковые эксперименты: обрабатывались заготовки из стеклопластика марки СТП 001-98. В качестве режущего инструмента использовалась

концевая фреза диаметром 10 мм, режущая часть которой, выполненная из твердого сплава ВК8. В ходе экспериментов была выявлена такая скорость резания, при которой возникали минимальные значения сила резания. График изменения силы резания в зависимости от скорости резания представлен на рисунке 5.15.

Рисунок 5.15 - Результаты экспериментальных исследований

Как видно из графика, при скорости резания от 250 до 800 м/мин наблюдается снижение силы резания. Дальнейшее повышение скорости приводит к увеличению силы резания. Таким образом, оптимальным значением скорости резания является 800 м/мин.

Далее на этой скорости произведена обработка партии деталей (чистовая операция). Остальные режимы резания выбраны на основе исследований [4]: глубина резания ¿=0,5 мм, подача 5=0,02 мм/зуб. В ходе экспериментов контролировались шероховатость и износ по методике, описанной в п.2.2.2

На основе полученных результатов были построены графики зависимости износа режущего инструмента по задней поверхности от времени обработки (рисунок 5.16) и шероховатости обработанной поверхности от износа режущего инструмента (рисунок 5.17).

Как видно из графика 5.16 при высокоскоростной обработке скорость износа режущего инструмента по задней поверхности ниже на 25% чем при базовых режимах резания, что говорит об эффективности предлагаемого способа обработки. Помимо этого, показатель шероховатости обработанной поверхности на всем периоде стойкости режущего инструмента меньше на 33% (рисунок 5.17), что свидетельствует о запасе производительности чистовой операции фрезерования деталей из стеклопластика.

0 5 10 15 20 25 30

Время работы т, мин

Рисунок 5.16 - Зависимость изменения износа по задней поверхности режущего инструмента от времени работы

Износ И, мм

Рисунок 5.17 - Зависимость изменения шероховатости обработанной поверхности от износа режущего инструмента Результаты исследования внедрены на предприятии ООО «Станкоцентр Перун», принята к использованию методика проектирования операций фрезерования, позволяющая повысить производительность механической обработки деталей из композиционного материала. Кроме того, ожидаемая экономическая эффективность от внедрения составляет более 260 тысяч рублей в год.

5.4 Выводы

1. Разработанный на основе экспериментальных и математических зависимостей программно-алгоритмический комплекс, включающий методику синтеза решений на И-ИЛИ - графе, позволяет проектировать технологические решения, обеспечивающие достижение заданных технических требований деталей на операциях фрезерования композиционных материалов.

2. Имитационное моделирование и экспериментальная оценка синтезированных с помощью программно-алгоритмическим комплексом технических решений показало:

- применение системы стабилизации силы резания при черновой обработке позволило при изменении величины припуска в пределах 0 - 10 мм обеспечить значения силы резания в пределах от 1450 до 1590 Н, то есть разница между макс. и мин. значением 8,8% (без использования системы стабилизации - разница между макс. и мин. значением 33%);

- за счет применения чистой высокоскоростной обработки достигнуто снижение износа режущего инструмента на 32% и снижение шероховатости (среднего арифметического отклонения профиля) обработанной поверхности на 29%.

3. Разработанный комплекс внедрена производстве в ООО «Станкоцентр Перун». Суммарный ожидаемый экономический эффект от внедрения составляет 260816 рублей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Анализ состояния вопроса обеспечения технических требований на операциях механической обработки деталей из композиционных материалов позволяет сделать вывод о необходимости повышения производительности процесса резания, в частности, фрезерования. Это может быть достигнуто на основе установления взаимосвязей между условиями эксплуатации режущего инструмента и выходными параметрами процесса фрезерования.

2. Разработанная модель процесса фрезерования заготовок из композиционного материала позволила установить взаимосвязи и дать количественную оценку напряженно-деформированного состояния системы «формообразующие элементы фрезы - заготовка» от физико-механических свойств обрабатываемого материала, условий эксплуатации режущего инструмента и его геометрических параметров, что позволило прогнозировать формирование таких показателей качества поверхностей детали как точность размера и формы.

3. Экспериментально установлены зависимости для расчета силы резания, износа фрезы по задней поверхности, шероховатости обработанной поверхности в зависимости от времени и условий эксплуатации режущего инструмента при фрезеровании композиционного материала.

4. Методами поискового конструирования разработаны технические решения и экспериментально обосновано повышение производительности обработки композиционного материала за счет сочетания динамической стабилизации показателей качества (шероховатость обработанной поверхности, точность формы) при фрезеровании и высокоскоростной обработки при чистовом фрезеровании.

5. Реализация результатов исследования в условиях производства (ООО «Станкоцентр Перун» повысила производительность операции фрезерования детали «Направляющая», выполненной из композиционного материала (стеклопластик), что привело к экономическому эффекту более 260 тысяч рублей (программа выпуска 1000 штук в год).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Автоматизация поискового конструирования (искусственный интеллект в машинном проектировании) [Текст] / А. И. Половинкин, Н. К. Бобков, Г. Я. Буш [и др.] ; под ред. А. И. Половинкина. - Москва : Радио и связь, 1981. - 344 с..

2. Автоматизация поискового конструирования: теория и методы технического творчества (АПК-90) Тезисы всесоюзной конференции / Министерство высшего и среднего образования РСФСР; Удмуртское областное правление; Всесоюзное общество изобретателей и рационализаторов; Всесоюзная организация "Эвристика"; Ижевский дом науки и техники; Ижевский механический институт; Институт математики и механики УрО АН РСФСР. 1990

3. Автоматизация проектирования технологии в машиностроении [Текст] / Б. Е. Челищев, И. В. Боброва, А. Гонсалес-Саббатер ; под ред. Н. Г. Бруевича. - Москва : Машиностроение, 1987. - 264 с.

4. Адлер, Ю. П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий : программир. введение в планирование эксперимента [Текст] / Ю. П. Адлер, Е. В. Маркова, Ю. В. Грановский. - Москва : Наука, 1971. - 283 с.

5. Алексеева, Э. М. Обработка тонких деталей из стекловолокнита [Текст] / Э. М. Алексеева, В. А. Дмитриев, А. А. Токарев // Станки и инструменты. -1971. - № 7. - С. 39-40.

6. Аскалонова, Т. А. Технологические схемы обработки сложных поверхностей [Текст] / Т. А. Аскалонова, А. М. Марков // Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы : тез. докл. междунар. науч.-техн. конф. «Шлиф-абразив-98». - Волжский, 1998. - С. 102-104.

7. Баранчиков, В. И. Обработка специальных материалов в машиностроении [Текст] : справочник / В. И. Баранчиков, А. С. Тарапанов, Г. А. Харламов. - Москва : Машиностроение, 2002. - 264 с.

8. Безъязычный, В. Ф. Метод подобия в технологии машиностроения [Текст] / В. Ф. Безъязычный. - Москва : Машиностроение, 2012. - 320 с.

9. Берж, К. Теория графов и ее применения [Текст] / К. Берж. - Москва : Гл. ред. физ.-мат. лит-ры, 1962. - 320 с.

10. Бесекерский, В. А. Теория систем автоматического управления [Текст] / В. А. Бесекерский. - Санкт-Петербург : Профессия, 2003. - 752 с.

11. Бешелев, А. И. Экспертные оценки [Текст] / А. И. Бешелев. - Москва : Высш. шк, 1974. - 431 с.

12. Болотеин, А. Н. Расчетное определение технологических остаточных напряжений на основе конечно-элементной модели процесса резания [Текст] : дис. ... канд. техн. наук : 05.02.07/05.02.08 / Болотеин Алексей Николаевич ; РГАТУ им. П.А. Соловьева. - Рыбинск, 2014. - 183 с.

13. Автоматизированные системы управления предприятиями [Текст] / В. В. Брага [и др.] ; под ред. Г. А. Титаренко. - Москва : Финансы и статистика, 1983. - 263 с.

14. Автоматическое управление процессами механической обработки [Текст] : учебник / С. М. Братан, Е. А. Левченко, Н. И. Покинтелица, А. О. Харченко. - Москва : ИНФРА-М, 2017. - 228 с.

15. Буланов, И. М. Технология ракетных и аэрокосмических конструкций из композиционных материалов [Текст] : учебник для вузов / И. М. Буланов, В. В. Воробей. - Москва : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1998. - 516 с.

16. Вадачкория, В. И. Исследование обрабатываемости пластмасс резанием [Текст] / В. И. Вадачкория. - Тбилиси : Изд-во Груз. политех. ин-та им. В. И. Ленина, 1969. - 87 с.

17. Автоматизированная экспресс-оценка трудоемкости обработки деталей [Текст] / С. А. Васин, В. Ю. Анцев, А. Н. Иноземцев, Н. И. Пасько // СТИН. -2000. - № 10. - С. 9-13.

18. Веселов, А. И. Повышение эффективности проектирования сборных фрез для обработки поверхностей сложного профиля на основе

математического моделирования [Текст] : автореф. дис. ... канд. техн. наук : 05.03.01 / А. И. Веселов ; МГТУ. - Москва, 2000. - 25 с.

19. Виноградов, Ю. В. Моделирование процесса резания металла методом конечных элементов [Текст] : автореф. дис. ... канд. техн. наук : 05.13.18 / Ю. В. Виноградов ; Тул. гос. ун-т. - Тула, 2004. - 19 с.

20. Воробей, В. В. Основы технологии и проектирования корпусов ракетных двигателей [Текст] : монография / В. В. Воробей, В. Б. Маркин. -Новосибирск : Наука, 2003. - 164 с.

21. Цейтлин, А. Л. Высокая скорость обработки. Антикризисные рецепты от csoft: InventorCam [Электронный ресурс] / А. Л. Цейтлин // CADmaster. -Электрон. дан. - Москва, 2019. - Режим доступа: http://www.cadmaster.ru/magazin/articles/cm_47-48_06.html. - Загл . с экрана.

22. Высокоскоростная обработка [Электронный ресурс] // Мирпром. -Электрон. дан. - [Б. м.], 2010. - Режим доступа: https://mirprom.ru/public/vysokoskorostnaya-mehanicheskaya-obrabotka.html. -Загл . с экрана.

23. Высокоскоростная обработка [Электронный ресурс] // PLM Урал. -Электрон. дан. - Екатеринбург, 2011 - Режим доступа: https://www.plm-ural.ru/resheniya/nx-cam. - Загл . с экрана.

24. Высокоскоростной шпиндельный узел внутришлифовального станка для прецизионной обработки деталей летательных аппаратов [Текст] / А. В. Космынин, В. С. Щетинин, А. С. Хвостиков, А. В. Смирнов, С. С. Блинков // Фундаментальные исследования. - 2011 - № 8. - С. 137-138.

25. Многокомпонентный динамометр : патент на полезную модель № 169315 Российская Федерация, МПК G01L 5/00 (2006.01) / Гайст С. В., Лапенков Е. Ю., Марков А. М., Потапов И. С., Черданцев А. О., Черданцев П. О., Шитюк А. А. ; патентообладатель федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Алтайский государственный технический университет им. И.И.

Ползунова». - № 2016145705 ; заявл. 22.11.2016 ; опубл. 15.03.2017, Бюл. № 8.

26. Говоров, И. Д. Механизация и автоматизация технологических операций обработки деталей из реактопластов [Текст] / И. Д. Говоров. -Москва : Машиностроение, 1973. - 192 с.

27. Грановский, Г. И. Резание металлов [Текст] : учебник для машиностр. и приборостр. спец. вузов / Г. И. Грановский, В. Г. Грановский. - Москва : Высш. шк., 1985. - 304 с.

28. Дворянкин, А. М. Методы синтеза технических решений [Текст] / А. М. Дворянкин, А. И. Половинкин, А. Н. Соболев. - Москва : Наука, 1977. - 102 с.

29. Димитриенко, Ю. И. Численное моделирование деформирования и прочности трехслойных композитных конструкций с дефектами [Текст] / Ю. И. Димитриенко, Ю. В. Юрин, Н. Н. Федонюк // Математическое моделирование и численные методы. - 2016. - № 3. - С. 3-23.

30. Дрожжин, В. И. О контакте поверхности инструмента с пластмассой при резании [Текст] / В. И. Дрожжин // Резание и инструмент. - 1970. - Вып. 2. - С. 7-10.

31. Дрожжин В. И. Физические особенности и закономерности процесса резания слоистых пластмасс [Текст] : автореф. дис. ... д-ра техн. наук / В. И. Дрожжин ; Харьков политехн. ин-т. - Харьков, 1982. - 32 с.

32. Дуев А. М. Механическая обработка изделий из пластмасс [Текст] / А. М. Дуев // Пластические массы. - 1962. - № 5. - С. 67-70.

33. Душинский, В. В. Оптимизация технологических процессов в машиностроении [Текст] / В. В. Душинский, Е. С. Пуховский, С. Г. Радченко. - Киев : Техшка, 1977. - 175 с.

34. САПР XXI века: интеллектуальная автоматизация проектирования технологических процессов [Электронный ресурс] / Г. Евгеньев, Б. Кузьмин, С. Лебедев, Д. Тагиев // САПР и графика. - 2000. - № 4. - Режим доступа: https://sapr.ru/article/7110. - Загл. с экрана.

35. Евланов, М. Г. Экспертные оценки в управлении [Текст] / М. Г. Евланов, В. А. Кутузов. - Москва : Экономика, 1978. - 133 с.

36. Алмазный инструмент для обработки стеклопластиков [Текст] / С. В. Егоров [и др.] // Станки и инструмент. - 1971. - № 2. - С. 36.

37. Егоров, С. В. Обработка резанием конструкционных пластмасс [Текст] / С. В. Егоров. - Москва : Оборонгиз, 1955. - 116 с.

38. Еренков, О. Ю. Инновационные технологии механической обработки полимерных материалов резанием [Текст] / О. Ю. Еренков. - Комсомольск-на-Амуре : ФГБОУ ВПО «КнАГТУ», 2014 - 202 с.

39. Еренков, О. Ю. Технология получения и обработка резанием полимерных композиционных материалов [Текст] / О. Ю. Еренков. -Комсомольск-на-Амуре : ФГБОУ ВПО «КнАГТУ», 2014 - 143 с.

40. Ерохин, А. А. Обработка резанием стеклопластиков [Текст] / А. А. Ерохин // Высокопроизводительное резание в машиностроении : сб. трудов. -Москва : Наука, 1966. - С. 48-54.

41. Ерофеев, А. А. Теория автоматического управления [Текст] : учеб. для вузов / А. А. Ерофеев - Санкт-Петербург : Политехника, 2003. - 302 с.

42. Зубарев, Ю. М. Особенности изнашивания инструментальных материалов при механической обработке резанием заготовок из полимерных композиционных материалов [Текст] / Ю. М. Зубарев, А. В. Приемышев // Наукоемкие технологии в машиностроении. - 2018. - № 7 (85). - С. 27-31.

43. Исаев, А. И. Обработка пластических масс резанием [Текст] / А. И. Исаев // Пластические массы в машиностроении. - Москва : Академгиз, 1955. - С. 178-190.

44. Исаев А. И. Обработка резанием конструкционных пластмасс [Текст] / А. И. Исаев // Машиностроение : энциклопедический справочник. - Москва : Машгиз, 1947. - С. 700-708.

45. Исаев, А. И. Обработка резанием конструкционных пластмасс [Текст] / А. И. Исаев. - Москва-Свердловск : Машгиз, 1944. - 40 с.

46. Каплун, А. Б. ANSYS в руках инженера [Текст] : практическое руководство / А. Б. Каплун, Е. М. Морозов, М. А. Олферьева. - Москва : Едиториал УРСС, 2003. - 272 с.

47. Концевая фреза [Текст] : патент на изобретение № 2606133 Российская Федерация, МПК В23 С 5/10 / Катаева С. А., Марков А. М., Черданцев П. О., Гайст С. В. ; патентообладатель федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова». - № 2015129140 ; заявл. 16.07.2015 ; опубл. 10.01.2017, Бюл. № 1.

48. Каталог Сандвик Коромант СогоКеу [Текст]. - [Б. м.], 2016. - 514 с.

49. Кобаяши, А. А. Обработка пластмасс резанием [Текст] / А. А. Кобаяши. - Москва : Машиностроение, 1984. - 212 с.

50. Корнеев, С. С. Теоретическая оценка возможности повышения скорости резания при обработке полимерных композиционных материалов [Текст] / С. С. Корнеев, В. М. Корнеева // XLI Академические чтения по космонавтике, посвященные памяти академика С. П. Королева и других выдающихся отечественных ученых - пионеров освоения космического пространства : сборник тезисов. - Москва, 2017. - С. 460.

51. Кравченко, Б. А. Механизм формирования остаточных напряжений при свободном резании закаленных сталей [Текст] / Б. А. Кравченко, В. Г. Круцило // Обработка высокопрочных сталей и сплавов инструментами из сверхтвердых синтетических материалов. - Куйбышев, 1980. - Вып. 2. - С. 91-97. - (Труды КПтИ).

51. Лебедев, П. В. Технологическое обеспечение качества резьбовых соединений в деталях из высокопрочных композиционных полимерных материалов [Текст] : дис. ... канд. техн. наук : 05.02.08 / Лебедев Павел Владимирович. - Барнаул, 2011. - 212 с.

52. Леонов, С. Л. Идентификация технических систем [Текст] / С. Л. Леонов, А. М. Марков, А. А. Ситников ; Алт. гос. техн. ун-та им. И.И. Ползунова. - Барнаул : Изд-во АлтГТУ, 1999. - 32 с.

53. Лицов, А. Е. Разработка расчетного метода определения технологических условий концевого фрезерования маложестких сложнопрофильных деталей с учетом их деформаций [Текст] : дис. ... канд. техн. наук : 02.05.08 / Лицов Алексей Евгеньевич ; Рыбин. гос. авиац.-технол. акад. - Рыбинск, 2005. - 157с.

54. Лобанов Д. В. Разработка и реализация технологических методов создания, изготовления и выбора фрезерного инструмента для эффективной обработки композиционных неметаллических материалов [Текст] : дис. . докт. техн. наук : 05.02.07 / Лобанов Дмитрий Владимирович ; НГТУ. -Новосибирск, 2013. - 411 с.

55. Макаров, В. Ф. Оптимизация процесса обработки высокотехнологичных композиционных материалов методом фрезерования [Текст] / В. Ф. Макаров, А. Е. Мешкас, В. В. Ширинкин // Современные тенденции в технологиях металлообработки и конструкциях металлообрабатывающих машин и комплектующих изделий : материалы VII Всерос. науч.-техн. конф. / ФГБОУ «Уфимский государственный авиационный технический университет». - Уфа : РИК УГАТУ, 2017. - 2017. - С. 9-17.

56. Микроскоп малый инструментальный ММИ-2 75х25 [Электронный ресурс] // РМЦ Калиброн. - Электрон. дан. - Москва, 2014. - Режим доступа: http://calibronrmc.ru/lo/mikroskopy/mmi-2-2. - Загл . с экрана.

57. Мозговой Н. И. Повышение производительности изготовления отверстий в деталях из стеклопластика на основе оптимизации маршрута обработки [Текст] : дис. ... канд. техн. наук : 05.02.08 / Мозговой Николай Иванович. - Барнаул, 2009. - 145 с.

58. Мордвин, А. П. Механическая обработка стеклопластиков, полученных методом намотки [Текст] / А. П. Мордвин, Е. М. Ершов, В. И. Давиденко. -Ленинград : ЛДНТП, 1966. - 37 с.

59. Никитин А. П. Механическая обработка стеклопластиков алмазным инструментом [Текст]. - Ленинград : [б. и.], 1968. - 21 с. : ил.

60. Ольхов, В. Е. Применение метода конечных элементов для САПР режущего инструмента с целью выбора геометрии токарных резцов [Текст] : дисс. ... канд. техн. наук / В. Е. Ольхов. - Горький, 1987. - 134 с.

61. Основы научных исследований [Текст] : учеб. для техн. вузов / под ред. Н. И. Крутова, В. В. Попова. - Москва, 1989. - 399 с.

62. Павловская, В. М. О точности обработки пластмасс резанием [Текст] / В. М. Павловская, М. Ф. Барсуков, В. Н. Рубцов // Точность и взаимозаменяемость деталей из пластмасс. - Ленинград : Ленинградский технологический институт, 1963. - С. 65-75.

63. Пат. 2107593 Российская Федерация, МПК В 23 С 3/00. Способ фрезерования заготовок с переменным припуском [Текст] / А. М. Марков, Е. Н. Спирин, А. А. Ситников, Е. Ю. Татаркин, Ю. В. Федоров ; патентообладатель Алтайский государственный технический университет им.И.И. Ползунова. - № 96110049/02 ; заявл. 21.05.1996; опубл. 27.03.1998.

64. Пат. 2137575 Российская Федерация, МПК В 23 С 3/00. Способ чистового фрезерования [Текст] / С.Е. Бархатов. - № 96111269/02; заявл. 04.06.1996; опубл. 20.09.1999.

65. Пат. 2312749 Российская Федерация, МПК В 23 Q15/12. Способ управления движением привода подач металлорежущего станка [Текст] / Р. Г. Кудояров, Д. В. Иванов, В. А. Жаринов, В. Л. Зинов, С. А. Малинин ; патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Уфимский государственный авиационный технический университет. - № 2006103461/02 ; заявл. 06.02.2006 ; опубл. 20.12.2007, Бюл. № 35.

66. Пат. 2498882 Российская Федерация, МПК В 23 С 3/00. Способ торцового фрезерования плоских поверхностей [Текст] / С. К. Амбросимов, А. Н. Большаков, К. С. Амбросимов, К. И. Ноздрачев ; патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Липецкий государственный

технический университет». - № 2012122904/02 ; заявл. 04.06.2012 ; опубл. 20.11.2013, Бюл. № 32.

67. Петрова, Н. А. Механическая обработка стеклопластиков Механическая обработка стеклопластиков [Текст] : (опыт завода «Электросила» электромашиностроительного объединения) / Н. А. Петрова. - Ленинград : [б. и.], 1965. - 27 с. : черт.

68. Проектирование технологических систем [Текст] : учебное пособие / Т. А. Аскалонова, А. В. Балашов, А. М. Марков, А. А. Ситников, Е. Ю. Татаркин, Ю. Н. Татаркина, В. А. Фёдоров, А. А. Черепанов; под ред. Е. Ю. Татаркина. - Старый Оскол : ТНТ, 2014. - 411 с.

69. Расчеты машиностроительных конструкций методом конечных элементов : отравочник / [В. И. Мяченков и др.] ; под общ. ред. В. И. Мяченкова. - Москва. : Машиностроение, 1989. - 520 с.

70. Руднев, А. В. Обработка резанием стеклопластиков [Текст] / А В. Руднев, А. А. Королев. - Москва : Машиностроение, 1969. - 119 с. : ил.

71. Механическая обработка пластмасс: Фрезерование [Текст] / М. Ф. Семко, И. Г. Баскаков, В. И. Дрожжин, В. А. Качер. - Москва : Машиностроение, 1965. - 131 с. : ил.

72. Семко, М. Ф. Обработка резанием электроизоляционных материалов [Текст] / М. Ф. Семко, Г. К. Сустан, В. И. Дрожжин. - Москва : Энергия, 1974. - 175 с. : ил.

73. Силин, С. С. Метод подобия при резании материалов [Текст]. - Москва : Машиностроение, 1979. - 152 с. : ил.

74. Соболев, А. Н. Исследование процессов пластического деформирования с использованием пакета ANSYS/ED5.6 [Текст] / А. Н. Соболев // Автоматизация и управление в машиностроении. - 2001. - № 16.

75. Соловов, А. Некоторые секреты высокоскоростной обработки металлов [Электронный ресурс] / А. Соловов // Оборудование. Разработки. Технологии. - Режим доступа: http://www.obo-rt.ru/arhiv/. - Загл. с экрана.

76. Справочник по композиционным материалам [Текст] : в 2 кн. / под ред. Дж. Любина ; пер. с англ. А. Б. Геллера [и др.]. - Москва : Машиностроение, 1988. - Кн. 2. - 579, [1] с.

77. Справочник по функционально-стоимостному анализу [Текст] / [А. П. Ковалев и др.]; под ред. М. Г. Карпунина, Б. И. Майданчика. - Москва : Финансы и статистика, 1988. - 430,[1] с. : ил.

78. Характеристика материала ВК8 [Электронный ресурс] // Марочник стали и сплавов. - Электрон. дан. - 2019. - Режим доступа: Шр^/'^^^р^-kharkov.com/mat_start.php?Name_id=3007. - Загл. с экрана.

79. Станкевич, С. А. Разработка на основе метода конечных элементов модели и способа управления траекторией рабочего движения инструмента при фрезеровании сложнопрофильных деталей : на примере лопаток компрессора ГТД [Текст] : дисс. ... канд. техн. наук : 05.02.08 / Станкевич Станислав Анатольевич. - Рыбинск, 2008. - 190 с. : ил.

80. Степанов, А. А. Влияние механической обработки на прочность изделий из стеклопластиков [Текст] / А. А. Степанов // Пластические массы. - 1981. - № 6 - С. 39-40.

81. Степанов, А. А. Качество поверхности при механической обработке стеклопластика [Текст] / А. А. Степанов, Л. И. Коробюенкова // Новые полимерные композиционные материалы в машиностроении. - Москва : ЦП НТО машпрома, 1978. - С. 162-164.

82. Степанов А. А. Коробенкова Л. И. Образцы шероховатости для стеклопластиков [Текст] : информационный листок № 195-76. - Ленинград : Межотрасл. Терит. ЦНТИ, 1976. - 22 с.

83. Степанов, А. А. Обработка резанием высокопрочных композиционных полимерных материалов [Текст] / А. А. Степанов. - Ленинград : Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1987. - 176 с. : ил.

84. Суслов, А. Г. Технологическое обеспечение эксплуатационных свойств контактирующих деталей [Текст] : автореф. дисс. ... д-ра техн. наук / А. Г. Суслов. - Москва, 1982. - 32 с.

85. Тарапанов, А. С. Технология обработки специальных материалов [Текст] : учебное пособие для вузов / А. С. Тарапанов, Г. А. Харламов, С. Е. Шишков. - Москва : Машиностроение, 2000. - 168 с.

86. Технологическая наследственность в машиностроительном производстве [Текст] / A. M. Дальский [и др.] ; под ред. A. M. Дальского. -Москва : Изд-во МАИ, 2000. - 360 с. : ил., табл.

87. Тихомиров, Р. А. Механическая обработка пластмасс [Текст] / Р. А. Тихомиров. - Ленинград : Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1975. - 206 с. : черт.

88. Усиченко, М. В. Регулирование технологических и эксплуатационныхсвойств в системе ПЭНД-эпоксидный стеклопластик [Текст] : дисс. ... канд. техн. наук : 05.17.06 / М. В. Усиченко. - Москва, 2004.

- 182 с. : ил.

89. ГОСТ 16225-81. Фрезы концевые для обработки легких сплавов. Конструкция и размеры [Текст]. - Взамен ГОСТ 16225-70 ; введ. 01.01.1983.

- Москва : Изд-во стандартов, 1990. - 16 с.

90. Функции ZETLAB [Электронный ресурс] // ZETLAB. - Электрон. дан.

- Москва, 2019. - Режим доступа: https://zetlab.com/product-category/programmnoe-obespechenie/funktsii-zetlab/. - Загл. с экрана.

91. Цифровая КМОП камера высокого разрешения BR-5101LC-UF [Электронный ресурс] // ESE. ООО «НПК «ЕС Экспертс» - российская компания-разработчик и производитель электроники. - Электрон. дан. -Санкт-Петербург, [2009]. - Режим доступа: http://www.es-exp.ru/CMOS/BR-5101LC-UF.html#a4/ - Загл. с экрана.

92. Шевелева, Л. В. Организационно-экономические расчеты технологических решений [Текст] : метод. указания к выполнению эконом. части диплом. проекта для студентов машиностроит. специальностей / Л. В. Шевелева ; Алт. гос. техн. ун-т им. И. И. Ползунова. - Барнаул : Изд-во АлтГТУ, 2003. - 19 с.

93. Штучный, Б. П. Обработка пластмасс резанием [Текст] : справ. пособие / Б. П. Штучный. - Москва : Машиностроение, 1974. - 145 с. : ил.

94. Штучный, Б. П. Точение стеклопластиков [Текст] / Б. П. Штучный // Пути повышения производительности режущего инструмента. - Москва : МДНТП, 1963. - С. 103-109.

95. Щуров, И. А. Моделирование процесса резания заготовок из композитных материалов с применением метода конечных элементов [Текст] / И. А. Щуров, И. С. Болдырев // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение. - 2012. - № 12 (271). - С. 143-147.

96. Электронный каталог продукции HOMMEL-ETAMIC от официального представителя Мастер-сервис [Электронный ресурс] // КАМА-МСМ. -Электрон. дан. - Пермь, 2019. - Режим доступа: Ы1р://каша-msm.ru/storages/cats/hommel.pdf. - Загл. с экрана.

97. Ярославцев, В. М. Высокоэффективные технологии обработки изделий из композиционных материалов [Электронный ресурс] / В. М. Ярославцев // Наука и образование : электронное научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. - 2012. - № 4. - Режим доступа: http://technomag.edu.ru/doc/361759.html. -Загл. с экрана.

98. Ярославцев, В. М. Обработка резанием полимерных композиционных материалов [Текст] : учеб. пособие / В. М. Ярославцев. - Москва : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012. - 180, [4] с. : ил.

99. Ярославцев, В. М. К вопросу о возможности применения высокоскоростной обработки полимерных композиционных материалов [Текст] / В. М. Ярославцев // Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия: Машиностроение. -2015. - № 3 (102). - С. 59-70.

100. Ярославцев, В. М. Оценка эффективности прерывистого резания на основе использования закономерностей изменения теплонапряженности процесса [Электронный ресурс] / В. М. Ярославцев, Н. Г. Назаров // Наука и

образование : электронное научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. - 2013. - № 10. - Режим доступа: http://technomag.bmstu.ru/doc/623113.html. - Загл. с экрана.

101. Ящерицын, П. И. Основы резания материалов и режущий инструмент [Текст] : [учебник для машиностроит. спец. вузов] / П. И. Ящерицын, М. Л. Еременко, Н. И. Жигалко. - 2-е изд., перераб. и доп. - Минск : Выш. школа, 1981. - 560 с. : ил.

102. Ящерицын, П. И. Теория резания. Физические и тепловые процессы в технологических системах [Текст] : учеб. для вузов / П. И. Ящерицын, М. Л. Еременко, Е. Э. Фельдштейн. - Минск : Выш. шк., 1990. - 512 с. : ил.

103. A discrete element method for the simulation of CFRP cutting [Text] / D. Iliescu, D. Gehin, I. Iordanoff [et al.] // Composites Science and Technology. -2010. - № 70. - P. 73-80.

104. Pat. 5685674 United States, IPC B23B-035/00*, B23B-051/00, B23B-051/02, B23C-003/00, B23C-005/10. Method of machining composites [Text] / Lennart Taquist, Uno Backman. - № 1994SE-0003716 ; 28.10.1994 ; publ. date 11.11.1997.

105. Rao, G. V. G. Machining of UD-GFRP composites chip formation mechanism [Text] / G. V. G. Rao, P. Mahajan, N. Bhatnaga // Composites Science and Technology. - 2007. - № 67. - P. 2271-2281.

106. Aronson, R. Современные материалы в машиностроении: их особенности и области применения [Text] / R. Aronson // ManufacturingEngineering. - 2002. - V. 127, № 3. - P. 123-136.

107. Boyles, Ch. Некоторые способы обработки композиционных материалов, применяемых в авиакосмической промышленности / Ch. Boyles // Cutting Tool Engineering. - 2002. - V. 54, № 3. - P. 46-50.

108. Особенности моделирования процессов механической обработки в САЕ системах [Текст] / И. В. Горбунов, И. В. Ефременков, В. Л. Леонтьев, А. Р. Гисметулин // Известия Самарского научного центра РАН. - 2013. - Т. 15, № 4. - С. 846-852.

109. Chang, Deborah, D. L. Composite materials: science and applications [Text].

- 2th ed. - London [etc.] : Springer, 2004. - 355 p.

110. Armarego, E.J.A. Predictive modeling of machining operations - a means of bridging the gap between theory and practice [Text] / E. J. A. Armarego // CSME Forum. - Hamilton, 1996. - P. 18-27.

111. Mkaddem, A. A micro-macro combined approach using FEM for modelling of machining of FRP composites: Cutting forces analysis [Text] / A. Mkaddem, I. Demirci, M.E. Mansori // Composites Science and Technology. - 2008. - № 68. -P. 3123-3127.

112. Rao, G.V.G. Three-dimensional macro-mechanical finite element unidirectional-fiber reinforced polymer composites [Text] / G.V.G. Rao, P. Mahajan, N. Bhatnagar // Materials Science and Engineering. - 2008. - № A 498.

- P. 142-149.

113. Santiuste, C. Machining FEM model of long fiber composites for aeronautical components [Text] / C. Santiuste, X. Soldani, M.H. Miguelez // Composite Structures. - 2010. - № 92. - P. 691-698.

114. Strenkowski, J. S. Finite element prediction of chip geometry and tool/workpiece temperature distributions in orthogonal metal cutting / J. S. Strenkowski, K. J. Moon // Journal of Industrial and Engineering Chemistry. -1990. - V. 112 (4). - P. 313-318.

Акт внедрения результатов научно-технических и технологических работ

Проректор понаучной и международной Директор производственной компании

Мы, нижеподписавшиеся, представители Алтайского государственного технического университета им. И. И. Ползунова (АлтГТУ), профессор кафедры «Технология машиностроения», доктор технических наук, Марков Андрей Михайлович, аспирант Гайст Сергей Валерьевич с одной стороны и главный инженер ООО «Станкоцентр Перун» Москаленко Владислав Валерьевич с другой стороны, составили настоящий акт о том, что в период 2017-2018 г. в результате проведения научно-технических и технологических работ на основании договора о творческом сотрудничестве были выполнены работы и получены следующие результаты:

1. Проведен анализ технологического процесса изготовления делали из стеклопластика СТП-001-98«Направляющая» электроэрозионного станка DK-750

2. Предложены технологические решения, обеспечивающие стабильность формы при черновом фрезеровании и необходимое качество обработанной поверхности при чистовом фрезеровании на станке с ЧПУ Challenger RH-20.

За счет системы стабилизации силы резания и корректировки режимов резания удалось снизить себестоимость изготовления детали на 26%. При этом в 1,4 раза увеличена стойкость инструмента при соблюдении всех конструкторских параметров чертежа.

Внедрение разработанного алгоритма при проектировании операции фрезерования деталей из композиционных материалов, позволил сократить затраты на производство. Основными факторами экономии являются снижение сроков на технологическую подготовку производства, снижение брака по параметрам шероховатости и геометрической точности, и снижение затрат на режущий инструмент в виду увеличения его стойкости. Экономической эффект от внедрения результатов исследования составляет 260 816 рублей в год.

Утверждаю:

Утверждаю:

АКТ ВНЕДРЕНИЯ

Результатов научно-технических и технологических работ

главный инженер В.В. Москаленко

ПРОДОЛЖЕНИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ А

Патент на полезную модель

V

тШ

/

V/

>

.V» 169315

Мноюкомионснтнын лнпамомсгр

Ияалш^гилси федерацию государственное бюджетное обра швательное учреждение высшего обраныания "Алтайский государствен н ы й тех и и чески й ун иверситет им. //.//. Папу нова" (ЛлтГТУ) (Я и)

Ахтори Гайст Сергей Вагерьевич (Яи), Лапе н ков Евгений Юрьевич (Я11), Марков Андрей Михайлович (Яи), Потапов Иван Сергеевич <ЯС), Чер*)анцев Алексей Олегович (ЯМ), Чердишив Павел Олегович (Я11), Шитюк .Алексей Александрович (ЯС)

2016145705

Приоритет пгастмой иапелм 22 ноября 2016 Г. ДхИ рпютряиии I

Госуларктагммо« ре*«лр* паштп чо.к н'и РоссшккЫ! Фслг^иши 15 мм|ии 2017 г, Срс* лсАстм* иск-мчик шми ирам •а оохм)» Mcuc.it. К1пк1 22 н««6ра 2026 I.

Руководитель Фак'/нчынп! сл\м>ьы по икшенгапшмш нн'ктвеишнти

£

| Лг'А 1 Пп1 ;

Ш

7 ^СЛ. е* * •

ГII Ньхиев

Патент на изобретение р«™*™** î^ru 1 2 606 133 131 С1

+ЕДЕРАЛЪНАЯ СЛГЖЬА ПЮ ШТЕДЛЕКПАЛЬНОП СОБСТВЕННОСТИ

В23С 5/10 <2006 01)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТ!

- прсфаггг действие, на ыпнет Бы ^^U.CSJCIil 1ъ мостин пелен (ппсгаднк изменение стэтусе