Повышение работоспособности дереворежущих фрез ультразвуковым пластическим деформированием рабочих поверхностей режущих элементов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.21.05, кандидат наук Слуцков Владимир Анатольевич

• Слуцков Владимир Анатольевич
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Слуцков Владимир Анатольевич

Введение

1 Состояние вопроса и задачи исследования

1.1 Особенности обработки резанием древесных материалов

1.2 Критериальная оценка качества поверхностного слоя режущих элементов дереворежущих фрез

1.3 Методы улучшения качества рабочих поверхностей дереворежущих фрез из инструментальных сталей

1.4 Выводы. Цель и задачи исследования

2 Теоретический анализ процесса ультразвуковой финишной обработки рабочей поверхности режущих элементов дереворежущих фрез

2.1 Расчётные модели технологического комплекса ультразвуковой финишной обработки рабочих поверхностей режущих элементов дереворежущих фрез

2.2 Математическая модель формирования микрорельефа рабочей поверхности режущих элементов дереворежущей фрезы при ультразвуковой финишной обработке

2.3 Выводы

3 Экспериментальные исследования процесса ультразвуковой финишной обработки рабочих поверхностей режущих элементов дереворежущей фрезы

3.1 Исследование влияния режимов ультразвуковой финишной обработки на качество поверхности режущих элементов из инструментальных сталей

3.1.1 Экспериментальная установка

3.1.2 Методические положения

3.1.3 Планирование многофакторного эксперимента ультразвуковой финишной обработки образцов режущих элементов

3.1.4 Изготовление и подготовка образцов режущих элементов

3.1.5 Алгоритм ультразвуковой финишной обработки образцов режущих элементов

3.1.6 Определение шероховатости и микротвердости поверхности образцов режущих элементов

3.1.7 Определение остаточных напряжений в поверхностном слое опытных образцов режущих элементов

3.1.8 Статистическая обработка результатов эксперимента

3.2 Исследование износостойкости режущих элементов дереворежущей фрезы модифицированных ультразвуковой финишной обработкой

3.2.1 Экспериментальная установка

3.2.2 Методика проведения работ

3.2.3 Оценка линейного износа и степени затупления режущих элементов

3.2.4 Статистическая обработка результатов эксперимента

4 Результаты исследований

4.1 Формирование шероховатости, микротвёрдости модифицированных поверхностей режущих элементов дереворежущей фрезы

4.2 Формирование полей остаточных напряжений в модифицированном УФО поверхностном слое режущих элементов

4.3 Износостойкость режущих элементов дереворежущей фрезы модифицированных ультразвуковой финишной обработкой

4.4 Выводы

5 Технологические режимы обработки рабочих поверхностей

дереворежущих фрез ультразвуковым воздействием

Общие выводы и рекомендации

Список литературы

Приложения

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Современный уровень технологий обработки древесины резанием характеризуется повышением скоростей обработки, позиционных перемещений рабочих органов станков, и сопровождается увеличением степени и скорости износа режущих элементов (РЭ) дереворежущего инструмента. Эти вопросы частично решаются оснащением дереворежущего инструмента режущими элементами из твёрдых сплавов, при этом имеются определённые ограничения. Известны конструкции сборного фрезерного и другого дереворежущего инструмента с режущими элементами в виде тонкостенных пластин сложной формы или достаточно большой длины. Режущие элементы устанавливаются в корпус фрезы с предварительным натягом в напряжённо-деформированном состоянии. В таких условиях режущие элементы из твёрдых сплавов могут разрушаться ещё при установке в корпус фрезы. В то же время, применяемые для изготовления РЭ дереворежущего инструмента инструментальные стали, имеют потенциальный ресурс повышения эксплуатационных характеристик, который может быть установлен проведением целенаправленных исследований с применением прогрессивных технологий, поэтому проблема повышения работоспособности, износостойкости и ресурса работы дереворежущего инструмента с режущими элементами из инструментальных сталей является актуальной.

Объект исследования - сборные дереворежущие фрезы с режущими элементами из быстрорежущих и легированных инструментальных сталей.

Предмет исследования - поверхностный слой передней поверхности режущих элементов из инструментальных сталей дереворежущих фрез, модифицированный ультразвуковой финишной обработкой (УФО).

Область исследования соответствует паспорту научной специальности ВАК РФ 05.21.05 - «Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки», п. 8 «Разработка методов повышения надежности и эффективности функционирования производственных процессов, использования агрегатов, звеньев, технологических комплексов и поточных линий, создание безопасности и нормальных условий труда, соблюдение требований охраны труда, п. 12 «Исследование надежности машин и оборудования с целью обоснования нормативов безотказности, долговечности, ремонтопригодности, сохраняемости машин и оборудования», п. 13 «Исследование и разработка технологии и средств восстановления упрочнения изношенных деталей; разработка технологий и средств выполнения отдельных операций технического обслуживания и ремонта машин и оборудования».

Цель работы - повышение работоспособности дереворежущих фрез ультразвуковым пластическим деформированием рабочих поверхностей режущих элементов из инструментальных сталей Р6М5, 9ХС.

Задачи исследования:

- Провести анализ выполненных ранее исследований по влиянию характеристик рабочих поверхностей режущих элементов на износоустойчивость

- Разработать математическую модель формирования микрорельефа поверхности режущих элементов при ультразвуковой финишной обработке.

- Разработать методику и провести экспериментальные исследования воздействия ультразвуковой финишной обработки на геометрические и физико-механические характеристики рабочей поверхности режущих элементов и износостойкость дереворежущих фрез.

Научная новизна результатов исследований:

1. Установлено влияние технологических параметров УФО на шероховатость, микротвёрдость, величину остаточных напряжений на

передней поверхности режущих элементов изготовленных из инструментальных сталей Р6М5, 9ХС.

2. Научно обоснована зависимость скорости износа поверхностно-пластически деформированных ультразвуковой финишной обработкой режущих элементов из сталей Р6М5, 9ХС при фрезеровании древесины и деревокомпозитных материалов.

На защиту выносятся:

1. Математическая модель формирования микрорельефа поверхностного слоя режущих элементов дереворежущего инструмента модифицированного ультразвуковой финишной обработкой, учитывающая параметры процесса УФО.

2. Результаты экспериментальных исследований воздействия ультразвуковой финишной обработки на геометрические и физико-механические характеристики рабочей поверхности режущих элементов и износостойкость дереворежущих фрез.

Практическая значимость:

1. Разработана технология повышения качества рабочей поверхности режущих элементов дереворежущих фрез из инструментальных сталей ультразвуковой финишной обработкой.

2. Разработаны режимы ультразвуковой финишной обработки режущих элементов дереворежущих фрез из инструментальных сталей, и рекомендации обеспечивающие повышение эксплуатационных характеристик РЭ на 32 - 58%.

Методы исследования.

В работе применены методики натурного эксперимента. Исследования проводили на поверенном оборудовании с использованием современных инженерных методов и средств научного поиска, планирования эксперимента, математической статистики, регрессионного анализа, и статистической обработки результатов исследования.

Достоверность результатов исследований обеспечивается применением апробированных методик, современным инструментальным сопровождением, согласованностью и приемлемой сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований с выводами работ других авторов.

Личный вклад автора заключается в проведении системного аналитического обзора состояния вопроса по теме исследования, постановке цели и задач исследования, разработке математической модели формирования микрорелефа РЭ, создании экспериментальных установок, разработке методики проведения исследований, разработке и изготовлении экспериментальной дереворежущей фрезы, вспомогательной оснастки, разработке методики получения, обработки и анализа результатов исследований, формулировании выводов и рекомендаций, подготовке научных статей по теме исследования.

Реализация результатов работы. Результаты исследования и рекомендации представлены в АО «ЦС «Звёздочка», АО «НИПТБ «Онега» и применяются при подготовке дереворежущего инструмента, внедрены в учебный процесс кафедры «Технология металлов и машиностроения» Северного (Арктического) федерального университета.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение работоспособности дереворежущих фрез ультразвуковым пластическим деформированием рабочих поверхностей режущих элементов»

Апробация работы.

Результаты проведенных исследований представлены на научных конференциях профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов Северного (Арктического) федерального университета имени М.В. Ломоносова «Развитие северо-арктического региона: проблемы и решения» (г. Архангельск, 2018), региональной научно-практической конференции «XLVП Ломоносовские чтения» (г. Северодвинск, 2019), всероссийской научно-практической конференции Высшей инженерной школы Северного Арктического Федерального Университета имени М.В. Ломоносова. «Инженерные задачи: проблемы и пути решения» (г. Архангельск, 2019), II Всероссийской научной

конференции с международным участием. «Информационные технологии в моделировании и управлении: подходы, методы, решения». (Россия г. Тольятти 2019), международной конференции MPCPE-2020: International Conference on Materials Physics, Building Structures and Technologies in Construction, Industrial and Production Engineering (Россия г. Владимир 2020), шестом междисциплинарном научном форуме с международным участием. «Новые материалы и перспективные технологии». (Россия г. Москва 2020). Публикации.

По результатам исследований опубликовано 16 работ, в том числе 3 в изданиях по перечню ВАК, в базе Web of Science и Skopus 3, получен 1 патент на полезную модель.

Структура и объем диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка научно-технических источников, включающего 145 наименований. Работа представлена на 141 странице, содержит 56 рисунков, 22 таблицы, приложения.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Эффективное функционирование деревоперерабатывающего производства невозможно без применения качественного режущего инструмента. Рост объёмов обработки резанием древесины и древесно композитных материалов (ДКМ) ставит вопрос увеличения рабочего ресурса и долговечности дереворежущего инструмента, в том числе дереворежущих фрез. Одним из направлений повышения этих показателей является технологическое упрочнение рабочих поверхностей инструмента локальной ультразвуковой финишной обработкой (УФО), повышающей износостойкость инструмента.

1.1 Особенности обработки резанием древесных материалов.

Ответственным, сложным и трудоёмким звеном в технологическом процессе создания любой конструкции из древесины является механическая обработка резанием выполняющаяся на различном деревообрабатывающем оборудовании с применением различного дереворежущего инструмента. Древесина является природным материалом с ярко выраженными анизотропными свойствами, что в свою очередь влияет на особенности, как самого процесса резания, так и процессов его сопровождающих, в частности износ и работоспособность режущего инструмента. Исследованиями процессов резания древесины занимались многие Российские и зарубежные ученые, ими проведён большой объем экспериментальных и теоретических исследований. Основоположниками отечественных исследований процессов происходящих при резании древесины являются И.А. Тиме, А.Л. Бершадский, Ф.М. Манжос, А.Э. Грубе, М.А. Дешевой, С.А. Воскресенский. Труды этих исследователей продолжили А.К. Петруша, Е.Г. Ивановский, Н.К. Якунин, П.И. Лапин, М.М. Козел, В.В Амалицкий, В.П. Бухтияров, И.С.

Кугел, Ю.А. Цуканов, Н.А. Кряжев, В.В. Малышев, В.И. Санев и другие. Известны теоретические и экспериментальные труды зарубежных учёных М.А. Маккензи (США), Е. Кивимаа (Финляндия), Б. Туннеля (Швеция), Ф Кольмана (Германия).

И.А. Тиме, С.А. Воскресенский, М.А. Дешевой строили свои исследования на фундаментальных положениях технической механики. Е.Г. Ивановский изучал физику резания древесины. А.Л. Бершадский разработал предпосылки развития физико-технологического развития теории резания древесины. Применив эмпирический подход, он проводил математическое обобщение экспериментальных данных о процессах резания древесины, рассматривая влияние различных факторов. Вышеперечисленные труды являются фундаментальными и применяют различные подходы к исследованию процессов резания древесины. Для решения различных задач связанных с исследованием процессов резания древесины исследователями предлагаются различные реологические модели, в которых древесина рассматривается как упруго-вязко-пластичный, или упруго-вязко-эластический материал. Исследование процессов происходящих при резании древесины и механизмов изнашивания дереворежущих инструментов продолжили учёные Г.А. Зотов, Е.А. Памфилов, В.Г. Морозов, И.Т. Глебов, П.Г. Пыриков, Ф.А. Швырёв, Буглаев А.М. и. др. Сложность и многозадачность процессов резания древесины, обуславливает многообразие различных конструкций дереворежущих инструментов, а требования предъявляемые к современному дереворежущему инструменту определяют необходимость повышения его технического уровня и показателей качества, особенно применительно к режущей части. Механическая обработка древесины резанием осуществляется определённым режущим инструментом на специальном или универсальном оборудовании, пилением, фрезерованием, сверлением и др. Работоспособность режущего инструмента, наряду с другими факторами, определяется свойствами систем оборудования и изменением этих свойств во времени. Отсюда следует, что

выбор критериев качества дереворежущего инструмента необходимо выполнять с учетом основных представлений об оборудовании и положениях, разработанных д.т.н., профессором Кудиновым В.А. [4, 61]. Основываясь на данных положениях, А.Д. Шустиков предложил, стойкостную модель, определяющую место режущего инструмента в замкнутой динамической системе станок, приспособление, инструмент, деталь (СПИД) [130]. Этот подход с выделением отдельных подсистем сборного режущего инструмента (вспомогательного модульного и собственно сборного режущего) и отдельных подсистем физических

процессов, сопровождающих процесс резания (рис. 1.1) применял в своих

Рисунок 1.1 Структурная схема механической подсистемы

Результаты исследований, полученные А. Н. Марковым [77] В. Л. Фёдоровым [125], Саксена [110], Г.С. Андреевым [6], Н. Iacobs [136] и др. показали, что влияние свойств оборудования на износ режущего

инструмента менее существенно, чем влияние свойств эквивалентной системы самого инструмента. Таким образом, опираясь на перечисленные исследования, при анализе вопросов совершенствования дереворежущих фрез есть основания не учитывать свойства оборудования (станка) на их работоспособность, и рассматривать дереворежущую фрезу, как самостоятельно изучаемую систему, а систему станка как внешнюю по отношению к системе режущего инструмента. В свою очередь в режущем инструменте так же выделяются отдельные конструктивные элементы, определяющие протекание физических процессов при резании и, в конечном итоге, период безотказной работы инструмента в целом. Такой подход возможен и при существенном влиянии характеристик оборудования на стойкость режущего инструмента. Выделение системы режущего инструмента и его конструктивных элементов из замкнутой динамической системы станка имеет большое практическое значение, поскольку позволяет исследовать характеристики и эксплуатационные свойства дереворежущих фрез на экспериментальных стендах без привязки к конкретному виду оборудования. Данный подход был реализован В.И. Малыгиным при разработке комплексной расчетной схемы механической системы крепления режущих элементов, показывающей взаимосвязь физических процессов происходящих при резании, с условиями закрепления режущего элемента [71].

В то же время физические процессы, происходящие в зоне резания непосредственно на передней поверхности режущего клина при контакте со стружкой и обрабатываемой поверхностью, зависят от свойств инструментального и обрабатываемого материалов и изменения этих свойств, в процессе резания. Реологическая модель дереворежущей фрезы, и в перспективе триботехническая [70; 71] учитывающие весь комплекс рассмотренных ранее факторов и подходов представлены на рис 1.2.

Рисунок 1.2 Реологическая модель сборной дереворежущей фрезы

Таким образом, структуризация объекта исследования позволяет разделить его на подсистемы трех уровней - триботехнический, определяющий процессы на контактных поверхностях инструмент-деталь; реологический - определяющий изменение свойств обрабатываемого и инструментального материалов в процессе резания; механический, определяющий взаимодействие элементов инструмента с учетом свойств технологической системы при воздействии физических процессов при резании. Такой подход позволяет более широко, исследовать взаимосвязь отдельных подсистем и их элементов, обоснованно устанавливать граничные и начальные условия при научных исследованиях.

Критерии качества лезвийного дереворежущего инструмента включает в себя комплекс показателей, формирующих эксплуатационные и экономические требования, эти показатели регламентирует ГОСТ 4.442-86 «Система показателей качества продукции (СПКП), Инструмент металло - и дереворежущий лезвийный. Номенклатура показателей» [32]. Согласно этому документу основными показателями качества дереворежущих фрез являются (таблица 1.1):

Таблица 1.1

Показатели качества режущего инструмента ГОСТ 4.442-86

Наименование показателя Наименование характеризуемого

качества свойства

1. ПОКАЗАТЕЛИ НАЗНАЧЕНИЯ

1.1. Рекомендуемая область

применения инструмента

1.2. Марка материала рабочей части, Техническое совершенство инструмента, его

износостойкое покрытие производительность

1.3. Твердость материала рабочей Техническое совершенство инструмента, его

части для быстрорежущих, производительность

легированных и углеродистых сталей

1.4. Марка материала корпуса, державки Долговечность корпуса инструмента

или хвостовика составного или сборного

инструмента

1.5. Твердость материала корпуса, Долговечность корпуса инструмента

державки или хвостовика

1.6. Основные показатели точности Техническое совершенство инструмента, его

инструмента производительность, точность обработанного

изделия,

1.7. Параметры шероховатости Техническое совершенство

основных поверхностей инструмента,

мкм

1.8. Показатель точности обработанного Показатель качества обработки

изделия

1.9. Параметры шероховатости Показатель качества обработки

обработанной поверхности, мкм

1.10. Производительность, Экономические показатели

см/мин, мм /мин, мм/мин

2. ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ

2.1. Средний период стойкости Безотказность

2.2. Установленный период стойкости Безотказность

3. ЭСТЕТ ИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ

3.1. Показатель эстетичности внешнего Эстетические свойства

вида

3.2. Показатель качества маркировки, Качество маркировки

3.3. Показатель качества упаковки, балл Качество упаковки, сохраняемость, эстетичность

Продолжение таблицы 1.1

4. ПОКАЗАТЕЛИ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ

4.1. Относительная материалоемкость 4.2. Суммарная трудоемкость, н.ч. Материалоемкость Трудоемкость

5. ПОКАЗАТЕЛИ СТАНДАРТИЗАЦИИ И УНИФИКАЦИИ

5.1. Коэффициент применяемости (для сборного инструмента), % Унификация и стандартизация

6. ПАТЕНТНО-ПРАВОВЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ

6.1. Показатель патентной защиты 6.2. Показатель патентной чистоты Патентно-правовые свойства Патентно-правовые свойства

Комплексность понятия качества дереворежущего инструмента обусловлена условиями работы инструмента в определённых условиях по ряду критериев.

- критерий безопасности

-критерий стойкости (эксплуатационная надёжность) -критерий производительности -критерий эстетичности -критерий стандартизации и унификации

Существуют различные методики при определении общих показателей качества режущего инструмента.

ВНИИ инструмент предложена методика сравнивающая качество и технический уровень режущего инструмента в одинаковых условиях работы на одной единице оборудования [90]. Методика оценивает в основном, период стойкости инструмента. Достоинством этой методики является чистота эксперимента, к недостаткам относится большой объём обрабатываемого материала, с необходимостью статистической обработки результатов. В этих условиях технологическая трудоёмкость процесса становится экономически невыгодной при проведении большого количества испытаний, так как период стойкости дереворежущего инструмента довольно высок. Несмотря на объективность оценки результатов испытания отдельно взятого инструмента, в данной методике проводится только сравнительный

анализ режущего инструмента, и не рассматривается вопрос проработки конструкции на стадии проектирования.

Методика, предложенная отраслевой лабораторией Краматорского индустриального института, оценивает качество и надежность режущего инструмента по значению ступенчато увеличивающейся подачи до наступления разрушения режущего элемента. Данная методика менее затратна и более эффективна по сравнению с предыдущей, но оценивает режущий инструмент только по критерию прочности.

Вопрос изучения критериев качества и надежности инструмента привёл к возникновению нескольких научных направлений, исследующих физические факторы, сопровождающие процесс резания. А.Д. Макаров предложил оценивать качество режущего инструмента по температурным показателям процесса, измеряемым при резании [65]. А.Я. Малкин предложил метод, основанный на экспериментально установленных зависимостях стойкости и динамических показателей конструкции, и ввёл понятие динамического качества режущего инструмента [66]. В.И. Малыгин создал неразрушающий метод оценки жесткости и динамических характеристик узла крепления режущих элементов для лабораторных стендовых испытаний, исключающих резание материала инструментом [70]. Метод позволяет оценивать влияние элементов конструкции и качества их изготовления на эксплуатационные свойства режущего инструмента, [68, 70] а также создаёт предпосылки для разработки методик конструирования и технологии изготовления элементов конструкции повышающих общий уровень качества режущего инструмента.

Обобщив и проанализировав вышеупомянутые исследования можно сделать вывод, что среди показателей качества группа показателей эксплуатационной надежности инструмента наиболее значима, так как закладывает основу конкурентоспособности дереворежущего инструмента и обрабатываемого им изделия, о чём упоминалось выше. В свою очередь показатели надёжности формируются из совокупности показателей группы

назначения. Следовательно, показатели группы назначения являются приоритетными по сравнению с остальными группами показателей качества дереворежущих фрез. Это подтверждено и в работе [71].

1.2 Критериальная оценка качества поверхностного слоя режущих элементов дереворежущих фрез

При проведении теоретических и экспериментальных исследований по резанию древесины, режущие элементы дереворежущих фрез исследователи И.А. Тиме, М.А. Дешевой, Л.А. Бершадский, А.Э. Грубе, Ф.М. Манжос и др. представляют в виде резцов имеющих клиновидное тело [11, 13, 15, 36, 40, 64, 72, 94, 92]. Форма РЭ в зависимости от его конструкции может быть ограничена несколькими плоскими или криволинейными поверхностями:

Передней - поверхностью, по которой сходит стружка.

Задней - поверхностью противолежащей передней и обращённой к плоскости резания.

Боковыми - поверхностями, прилегающими к передней и задней.

Передняя и задняя поверхности при пересечении образуют главное режущее лезвие РЭ. Лезвие реального РЭ представляет собой переходную кривую поверхность (радиус) между передней и задней поверхностями.

Рисунок 1.3 Режущий элемент дереворежущей фрезы

Передняя и задняя поверхность являются основными рабочими поверхностями. Изменение геометрии и состояния этих поверхностей приводит к изменению геометрии и состояния главного режущего лезвия РЭ.

Среди критериев, приведённых в п.п. 1.1, к обобщённым критериям качества режущих элементов дереворежущих фрез можно отнести критерий стойкости и критерий качества обработанной поверхности [13, 15, 40, 42, 43, 45, 90, 112]. Эти критерии зависят от такой группы показателей качества как показатели назначения. К которым относятся:

- марка материала РЭ

- твердость материала РЭ

- наличие износостойкого покрытия

- состояние поверхностного слоя материала РЭ

- параметры шероховатости основных рабочих поверхностей инструмента

- основные показатели геометрической точности РЭ инструмента

- параметры шероховатости и соответствия геометрии обработанной поверхности

Под стойкостью режущего инструмента понимается время его работы до достижения определённой величины износа. Стойкость инструментов зависит в первую очередь от материала режущей части инструмента и состояния его поверхностного слоя, геометрических и микрогеометрических параметров режущей части [36, 41, 45, 72, 96, 109, 119]. Период стойкости определяет цикличность замены режущего инструмента.

Накопленная к настоящему времени справочная и нормативная информация по периодам стойкости режущих инструментов довольно противоречива [40, 42, 60, 72, 82, 95]. Имеющиеся данные по отдельно взятым инструментам имеют расхождение до десятков часов. В работах [25, 41, 42, 44, 93, 119] и др. исследователи отмечают, что период стойкости при равных прочих показателях, напрямую зависит от качества подготовки поверхностей режущих элементов, в первую очередь от качества заточки и

доводки на финишных операциях. Нарушение оптимальных технологических режимов заточки ведёт к разупрочнению материала, и ухудшению шероховатости рабочей поверхности режущих элементов.

Влияние конструктивных и геометрических параметров режущих элементов на стойкость при резании различных пород древесины к настоящему времени исследованы не полностью [42, 43, 82]. Качество обработанной поверхности и точности геометрических размеров обработанного изделия являются производной функцией от качества заточки и доводки РЭ инструмента на финишных операциях, и определяются показателями шероховатости поверхности и точностью размеров режущей части [13, 36, 41, 42, 43, 82, 92, 107]. Микрогеометрия лезвия РЭ в процессе резания претерпевает изменения. При анализе этих изменений различают два понятия: износ РЭ, затупление режущих лезвий

Износ РЭ инструмента в процессе резания приводит к изменению его качественных показателей, и является основной причиной снижения показателя стойкости и качества обработанной поверхности. Зависимость с изменяющейся интенсивностью характеризующей процесс износа инструмента представлена на рисунке 1.4а.

Рисунок 1.4 Износ РЭ а - интенсивность износа РЭ; б - параметры износа и затупления РЭ

Теоретически считается, что на этапе приработки наблюдается повышенная интенсивность износа РЭ инструмента, после чего процесс

а

б

износа несколько стабилизируется, далее по достижению критического состояния режущего элемента происходит резкое увеличение износа (катастрофический износ) [11, 94, 118]. Однако многие исследователи в своих работах отмечают, что реальная зависимость износа может не соответствовать данному закону, а изнашивание может протекать как случайный процесс [11; 13, 25, 36, 40, 41, 107]. Это обусловлено сложными зависимостями изнашивания от большого числа факторов. Основной наиболее удобной величиной оценки износа многие исследователи считают характеристику интенсивности линейного износа, которая может оцениваться по изменению размера резца в заданном направлении за установленный период времени, выраженный в машинных часах или пути резания пройденным каждым отдельным резцом фрезы [11, 13, 25, 36, 40, 42, 107]. При этом как указывалось выше, качественное проявление изнашивания может носить как постепенный характер, так и лавинообразный (ускоренный).

В процессе работы инструмента, вследствие износа РЭ изменяется микрогеометрия режущего лезвия и происходит его затупление. Основные параметры износа и затупления представлены на рисунке 1.4 б. Износ и затупление зависят от многих факторов и характеризуются различными участками переходной геометрической кривой затупления лезвия. Кривая затупления лезвия может принимать различные формы. В полной мере отразить влияние на процесс резания всех параметров и элементов кривой затупления к настоящему времени не удалось [40, 41, 42, 82, 95]. Поэтому для сравнительного исследования стойкости в научной и инженерной практике часто ограничиваются сравнением трансформации радиуса закругления режущей кромки р (рис. 1.4 б).

В работах [13, 15, 40, 41, 42, 72, 82, 93, 95, 96, 107] отмечается, что при разработке мероприятий по повышению сопротивляемости изнашиванию дереворежущих инструментов и увеличению их стойкости необходимо учитывать состояние поверхностных слоев инструментального материала, из

которого изготовлены режущие элементы. На основе анализа механизмов изнашивания и затупления режущей части дереворежущих инструментов и закономерностей влияния свойств инструментальных материалов на износ и стойкость, к настоящему времени сформулированы требования к характеристикам качества поверхностных слоёв режущей части. Установление зависимостей между состоянием поверхностных слоёв режущей части и их износостойкостью может являться базой для выбора схем и условий применения упрочняющих технологий и разработки новых приёмов их реализации, для формирования благоприятной совокупности характеристик качества поверхностных слоёв с целью повышения износостойкости дереворежущих фрез.

При обеспечении качества дереворежущего инструмента одной из задач является повышение его эксплуатационных показателей. Эти показатели определяются параметрами качества поверхностного слоя режущих элементов. Согласно исследованиям, проведённым в работах [58, 80, 114] и др. установлено, что до 70% случаев выхода из строя режущих инструментов связано с износом поверхностного слоя режущих элементов в результате действия сил трения и остаточных напряжений.

Механические свойства, структура, фазовый, химический состав поверхностного слоя РЭ отличаются от основного материала режущего элемента. Однако в современной науке нет однозначного подхода к классификации зон поверхностного слоя. Авторы [109, 124, 131] выделяют следующие основные зоны поверхностного слоя (рис.1.5):

Состояние поверхностных слоёв, их толщина изменяются в зависимости от материала, метода обработки, условий эксплуатации поверхности. Оценка состояния поверхностного слоя проводится методами механического, физического и химического анализа. Невозможно выделить отдельный параметр, комплексно характеризующий общее состояние качества поверхностного слоя, поэтому состояние поверхностного слоя оценивают набором единичных параметров. Эти параметры характеризуют в

основном механическое состояние, геометрическое состояние

микронеровностей поверхности, физическое состояние, химический состав.

1

1 слой адсорбированных из окружающей среды молекул и атомов; 2 слои оксидов; 3 граничный слой, имеющий иную кристаллическую решётку, чем в основном объеме материала; 4 слой с отличающимися от основного материала фазовым составом, структурой, которые возникают при изготовлении детали и изменяются в процессе эксплуатации; 5 основной материал.

Геометрические микронеровности поверхности оцениваются параметрами шероховатости, регулярности микрорельефов, и волнистости. Регулярный микрорельеф и волнистость образуется при обработке резанием, поверхностным пластическим деформированием или каким либо другим видом обработки. В работах [43, 44, 45] отмечается, что наиболее интенсивное изнашивание происходит на поверхностях режущих элементов имеющих высокий показатель высоты микронеровностей с наименьшими радиусами кривизны выступов этих микронеровностей. Уменьшение интенсивности износа наблюдается при формировании регулярного микрорельефа поверхности с максимально возможными радиусами выступов и впадин.

Физическое состояние поверхностного слоя инструментов наиболее часто характеризуется параметрами структуры, механическими свойствами, остаточными напряжениями. Типы структур классифицируют следующим образом: кристаллическая структура; субструктура; микроструктура; макроструктура [78, 109, 124, 129]. Механическое состояние металла

Рис.1.5 Схема поверхностного слоя РЭ.

определяется механическими характеристиками, такими как предел пропорциональности, предел упругости, предел текучести, предел прочности, твердость (микротвёрдость), сопротивление деформированию, пластичность, относительное удлинение, относительное сужение, ударная вязкость, и другие определяемые механическими испытаниями. Основной механической характеристикой поверхностного слоя наиболее часто оцениваемой в процессе изготовления и эксплуатации режущих элементов, является твёрдость и микротвёрдость. Твёрдость и микротвёрдость связаны практически со всеми остальными механическими характеристиками определёнными зависимостями.

Важной характеристикой состояния поверхностного слоя являются остаточные напряжения в поверхностном слое. В зависимости от характера остаточные напряжении делятся на растягивающие или сжимающие. Остаточные напряжения возникают в основном в результате неравномерной деформации различных слоев материала, вследствие какого либо воздействия на неё, механического, теплового и т.п. Остаточные напряжения оказывают значительное влияние на прочность режущих элементов инструмента. Сжимающие остаточные напряжения положительно влияют на эксплуатационные свойства поверхностного слоя режущего элемента, так как повышают прочность режущего лезвия, разгружая поверхностные слои от растягивающих напряжений, вызванных рабочими нагрузками. Растягивающие остаточные напряжения уменьшают прочность поверхностного слоя вследствие повышения его напряженности, способствуя появлению и распространению усталостных трещин [12, 56, 129].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Слуцков Владимир Анатольевич, 2021 год

Список литературы.

1. Аббакумов, К. Е. Модернизация граничных условий при оценке рассеивающих свойств микрошероховатой границы раздела твердых сред // К. Е. Аббакумов // Современные методы и приборы контроля качества и диагностики состояния объектов: сборник статей 6-й Международной научно-технической конференции, Могилев, 2017. - С. 94-100.

2. Абрамов О.В. Воздействие мощного ультразвука на межфазную поверхность металлов // О. В. Абрамов, В. И. Добаткин, Г. И. Эскин и др.; АН СССР, Прогр. ком. "Физика, химия и механика поверхности", Ин-т физики твердого тела. - М.: Наука, 1986. - 276с.

3. Абрамов О.В. Ультразвуковая обработка материалов [Текст] // О. В. Абрамов, И. Г. Хорбенко, Ш. Швегла; Под ред. О. В. Абрамова. -Москва : Машиностроение ;1984. - 280 с.

4. Абрамов О.В. Кристаллизация металлов в ультразвуковом поле [Текст]. - Москва: Металлургия, 1972. - 256 с.

5. Автоматизированные системы управления сегодня и завтра [Текст] // В. М. Глушков; Высш. парт.школа при ЦК КПСС. - Москва: Мысль, 1976. - 64 с.

6. Андреев В.М. Совершенствование режущего инструмента // В. Н. Андреев. - М.: Машиностроение, 1993. - 238 с.

7. Балтер М.А. Упрочнение деталей машин [Текст]: Повышение усталостной и контактной прочности // М. А. Балтер, канд. техн. наук. -Москва: Машиностроение, 1968. - 196 с.

8. Бахматов Е. К. Экспериментальная установка для исследования глубокого фрезерования. Научные труды ЦНИИМОД, 1964, вып. 17, С.3-16.

9. Башков В.М., Испытания режущего инструмента на стойкость // В. М. Башкова, П. Г. Кацев. - М.: Машиностроение, 1985. - 130 с.

10. Бернштейн М.Л. Термомеханическая обработка металлов и сплавов [Текст]: В 2 т. - Москва: Металлургия, Т. 2: Термомеханическая обработка стали. - 1974. - 597-1171 с.

11. Бершадский Л.А., Резание древесины: учебное пособие //

А. Л. Бершадский, Н. И. Цветкова. - Минск: Высшая школа, 1975. - 303 с.

12. Биргер И. А. Остаточные напряжения [Текст]. - Москва: Машгиз, 1963. - 232 с.

13. Буглаев, А. М. Оценка износа дереворежущих инструментов //

А. М. Буглаев Трибология - машиностроению: Труды XII Международной научно-технической конференции, посвященной 80-летию ИМАШ РАН, -Ижевск: 2018. - С. 90-92.

14. Буглаев, А. М. Повышение стойкости разделительных штампов с твердосплавными режущими элементами алмазным выглаживанием // А. М. Буглаев Упрочняющие технологии и покрытия. - 2014. - № 11(119). - 13

15. Буглаев, А. М. Совершенствование конструктивно-технологических методов повышения износостойкости инструментов для обработки неметаллических материалов: автореферат диссертации доктора технических наук: 05.02.04, 05.02.01 // Брянск 2002. - 37 с.

16. Бурумкулов Ф.Х. Электроискровые технологии восстановления и упрочнения деталей машин и инструментов : теория и практика // [Бурумкулов Ф.Х. и др.; под ред. Ф.Х. Бурумкулова] - Саранск: Красн. Октябрь, 2003. - 501 с.

17. Вандерер К. М. Динамическая балансировка фрезерных инструментов [Текст]. - Москва : [б. и.], 1969. - 19 с.

18. Верхотуров А. Д. Формирование поверхностного слоя металлов при электроискровом легировании // А. Д. Верхотуров; - Владивосток: Дальнаука, 1995. - 320 с.

19. Волков И.М. Совершенствование многоножевых дереворежущих фрез и режимов их эксплуатации: диссертация на соискание степени кандидата технических наук: 05.06.02. - Москва, 1984. - 165 с.

20. Волосатов В.А. Ультразвуковая обработка [Текст]. - Ленинград: Лениздат, 1973. - 248 с.

21. Воробьев, А. А. Моделирование качества обработки и динамики работы дереворежущих станков // А. А. Воробьев, И. Н. Спицын, Ю. А. Филиппов // Справочник. Инженерный журнал с приложением. - 2012. -

№ 3. - С. 37-41.

22. Воскресенский С.А. Резание древесины [Текст]: [Учеб. пособие для лесотехн. вузов]. - Москва ; Ленинград : Гослесбумиздат, 1955. - 200 с.

23. Вьюгинова А.А. Моделирование двумерных ультразвуковых технологических волноводов // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». - 2012. - вып. 2. - с. 72-77.

24. Вьюгинова А.А. Исследование частотных свойств трансформатора направления ультразвуковых колебаний // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». - 2015. - вып. 8. - с. 67-70.

25. Глебов И.Т. Резание древесины: Учеб. пособие // И. Т. Глебов; Урал. гос. лесотехн. акад. - Екатеринбург: УГЛТА, 1997. - 129 с.

26. Голубев Е. П. Влияние режимов резания и угловых параметров насадных затылованных фрез на их стойкость // Деревообрабатывающая пром-сть,1988, - № 10 - С. 8-9.

27. Голубев Е. П. Влияние режимов резания и угловых параметров насадных затылованных фрез на их стойкость // Деревообрабатывающая промышленность,1988, № 10 - С. 8-9.

28. Горелик С.С. Рентгенографический и электронно-оптический анализ // Горелик С.С., Скаков Ю.А., Расторгуев Л.Н., издательство МИСИС, Москва, 2002 г., с. 117-121.

29. Горохов В. А. Улучшение эксплуатационных свойств деталей и инструмента методами вибронакатывания и вибровыглаживания // В. А. Горохов. - М.: НИИмаш, 1983. - 62 с.

30. ГОСТ 2695-83 Пиломатериалы лиственных пород. Технические условия.

31. ГОСТ 32207-2013 Колеса железнодорожного подвижного состава. Методы определения остаточных напряжений, Москва, 2013г., с. 7-9.

32. ГОСТ 4.442-86 Система показателей качества продукции (СПКП). Инструмент металло- и дереворежущий лезвийный. Номенклатура показателей.

33. ГОСТ 8486-86 Пиломатериалы хвойных пород. Технические условия.

34. ГОСТ 9013-59 (ИСО 6508-86) «Металлы. Метод измерения твердости по Роквеллу».

35. Грановский Г. И. Кинематика резания [Текст] // проф. д-р техн. наук Г. И. Грановский; Всесоюз. науч.-исслед. инструм. ин-т. - Москва: изд-во и 1-я тип. Машгиза, 1948 (Ленинград). - 200 с.

36. Грубе, А.Э. Дереворежущие инструменты [Текст]: [Учебник для лесотехн. вузов и фак.] // А. Э. Грубе, проф. д-р техн. наук. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Лесная промышленность, 1971. — 344 с.

37. Дрожжина Е.А., Зубенко В.В., Казанцев В.Ф., Поляков З.И.

38. Дроздов Ю. Н. Трение и износ в экстремальных условиях: Справочник // Ю. Н. Дроздов, В. Г. Павлов, В. Н. Пучков. - М.: Машиностроение, 1986. - 223 с.

39. Елисаветин М.А. Упрочнение поверхности деталей машин. [Текст]. Справочник машиностроителя. Т. 5, М., Машгиз, 1964.

40. Зотов Г. А. Подготовка и эксплуатация дереворежущего инструмента: [Учеб. для сред. ПТУ] // Г. А. Зотов, Ф. А. Швырев. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Лесн. пром-сть, 1986. - 300,[1] с.

41. Зотов Г. А., Основные понятия и определения науки о резании древесины и древесных материалов : Учеб. пособие для студентов спец. 0519, 0902 и 0902а // Г. А. Зотов, В. Г. Суханов. - М. : МЛТИ, 1983. - 72 с.

42. Зотов, Г.А. Станочный дереворежущий инструмент: практ. рекомендации // Г. А. Зотов. - М.: РИА Пресс, 2005. - 311 с.

43. Зотов, Г.А., Повышение стойкости дереворежущего инструмента // Г. А. Зотов, Е. А. Памфилов. - М. : Экология, 1991. - 300,с.

44. Ивановский Е. Г. Резание древесины [Текст]: [Учеб. пособие для вузов]. - Москва: Лесная пром-сть, 1975. - 200 с.

45. Ивановский Е.Г. Фрезерование и пиление древесины и древесных материалов [Текст] // Е. Г. Ивановский, П. В. Василевская, Э. М. Лаутнер. -Москва: Лесная промышленность, 1971. - 96 с.

46. Инструкция по эксплуатации ДРП РИКОР № ИЭ4276-004-05.

47. Казанцев В.Ф. Метод измерения ультразвуковых напряжений в прозрачных телах // Акустический журнал 1963 г. , т. 9, №2, с. 236-238.

48. Казанцев В.Ф. Особенности пластического деформирования при ударном ультразвуковом воздействии в кн. Акустика и ультразвуковая техника. Киев: Техника 1980г. вып. 16.

49. Казанцев В.Ф. Расчет ультразвуковых преобразователей для технологических установок: [Учеб. пособие для заочных курсов повышения квалификации ИТР по применению ультразвука в машиностроении]. - М.: Машиностроение, 1980. - 43 с.

50. Карпенко Г.В.. Влияние среды на прочность и долговечность металлов [Текст] // Г. В. Карпенко ; АН УССР, Физ.-мех. ин-т. Киев 1976 г.

51. Кацев П. Г. Статистические методы исследования режущего инструмента [Текст] // П. Г. Кацев, канд. техн. наук. - Москва: Машиностроение, 1968. - 155 с.

52. Кедров С. С. Колебания металлорежущих станков [Текст]. -Москва : Машиностроение, 1978. - 199 с.

53. Киричек А.В., Соловьёв Д.Л., Лазуткин А.Г. Технология и оборудование статико-импульсной обработки поверхностным пластическим деформированием // А. В. Киричек, Д. Л. Соловьев, А. Г. Лазуткин. - М.: Машиностроение, 2004 (ППП Тип. Наука). - 287 с.

54. Коломеец Н.П. Улучшение свойств изделий из конструкционных сталей и сплавов методом силового воздействия ультразвуковым

инструментом: автореферат диссертации на соискание степени кандидата технических наук: 05.02.08 // Государственный технологический университет "Станкин". - Москва, 2003. - 32 с.

55. Комяк Н.И. Рентгеновские методы и аппаратура для определения напряжений, // Комяк Н.И., Мясников Ю.Г. издательство «Машиностроение, Ленинград, 1972 г, с. 13-20.

56. Кравчук В. С. Сопротивление деформированию и разрушению поверхностно-упрочнённых деталей машин и элементов конструкций //

В. С. Кравчук, Абу АйашЮсеф, А. В. Кравчук // Одесса: Астропринт, 2000. -160 с.

57. Крагельский И. В. Трение и износ [Текст]. - 2-е изд., доп. и перераб. - Москва: Машиностроение, 1968. - 480 с.

58. Крагельский И. В. Основы расчетов на трение и износ [Текст] // И.В. Крагельский, М.Н. Добычин, В.С. Комбалов. - Москва: Машиностроение, 1977. - 526 с.

59. Кряжев Н.А. . Фрезерование древесины. М.: Лесная

60. Кугель И. С. Исследование процесса цилиндрического фрезерования древесины дуба и березы [Текст]: Автореферат дис. на соискание ученой степени кандидата технических наук // Инж. И. С. Кугель; М-во высш. и сред. спец. и проф. образования БССР. Белорус. лесотехнический ин-т им. Кирова. - Минск, 1960. - 16 с.

61. Кудинов В.А.Динамика станков. - Москва: Машиностроение, 1967. - 359 с.

62. Кулемин А.В.,О выборе оптимального режима ультразвуковой упрочняющей обработки металлов // Кулемин А.В., Кононов В.В., Стебельков И.А. // Физика и Химия обработки материалов. - Москва: Наука, 1982. - № 12, с.

63. Лазаренко Б. Р. Электроискровая обработка токопроводящих материалов [Текст] // Б. Р. Лазаренко, Н. И. Лазаренко. - Москва: Изд-во Акад. наук СССР, 1958. - 184 с.

64. Лоладзе Т.Н. Прочность и износостойкость режущего инструмента // Т. Н. Лоладзе. - М.: Машиностроение, 1982. - 320 с.

65. Макаров А.Д. Оптимизация процессов резания // А. Д. Макаров, - Москва: Машиностроение, 1976. - 278 с.

66. Малкин А.Я. Вопросы качества режущих инструментов // Машиностроение. 1976. № 11. С. 95-104. (Изв. высш. учеб.заведений).

67. Малыгин В. И. Модель напряженного состояния сборного дереворежущего инструмента для оценки его качества на стадии

68. Малыгин В.И. Результаты исследования качества стандартных сборных фрез по их статическим и динамическим характеристикам // Малыгин В.И., Пантюхин Ю.В., Расторгуев В.В. //Исследование технологии и конструкций деталей машин, оборудования и инструмента. М.: УДН, 1986. С. 36-39.

69. Малыгин В.И. Эволюция топологии сборных дереворежущих фрез/ Малыгин В.И., Кремлева Л.В., Лобанов Н.В., Мелехов В.И. // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. - №6. - 2013. - с 73-85.

70. Малыгин В.И. Исследование влияния отдельных конструктивных и технологических параметров на динамическую податливость сборных режущих инструментов // Малыгин В.И., Пантюхин Ю.В., Светлаков Г.Б. // Исследование технологии и конструкций деталей машин, оборудования и инструмента. М.: УДН, 1985. С. 19-22.

71. Малыгин В.И. Повышение эффективности сборных режущих инс трументов методами сложного неоднородного моделирования и неразрушаю щей активной экспресс-диагностики. Диссертация на соискание степени доктора технических наук, М.: Мосстанкин, 1995.- 315 с.

72. Манжос Ф. М. Стружкообразование при резании древесины вращающимися резцами. Механическая обработка дерева, 1940, - №7, С. 37.

73. Марков А. И. Ультразвуковое алмазное выглаживание деталей и режущего инструмента [Текст]: [Учеб. пособие для слушателей заоч. курсов

повышения квалификации ИТР по применению ультразвука в машиностроении]. - Москва: Машиностроение, 1979. - 54 с.

74. Марков А. И. Ультразвуковая обработка материалов //

A. И. Марков. - М.: Машиностроение, 1980. - 237 с.

75. Марков А. И. Чураев А.М., Каленов В.Н. Поверхностное упрочнение быстрорежущих сталей // Вестник машиностроения. 1977. - №5.

76. Марков А. И. Чураев А.М., Гасилин Г.И. Исследование эффективности ультразвукового алмазного выглаживания быстрорежущих сталей // Вестник машиностроения. 1973. -№ 9. С. 57-61.

77. Марков А. Н. Разработка методики оценки динамического качества отрезных резцов: диссертация кандидата технических наук: 05.02.08. - Москва, 1975. - 195 с.

78. Маталин А. А. Передовая технология и автоматизация управления процессами обработки деталей машин [Текст] // Под общ. ред. заслуж. деят. науки и техники УССР д-ра техн. наук проф. А. А. Маталина. -Ленинград : Машиностроение, 1970. - 701 с.

79. Маталин А. А. Технологические методы повышения долговечности деталей машин [Текст]. - Киев : Техшка, 1971. - 142 с.

80. Методика расчетной оценки износостойкости поверхностей трения деталей машин // ВНИИ по нормализации в машиностроении; [Исполн. Блюмен А. В., Семенова М. В., Шейвехман А. О., Эфрос Д. Г.]. - М.: Изд-во стандартов, 1979. - 100 с.

81. Мехта Н.К. - Исследование стойкости твердосплавных торцовых фрез с учетом; параметров спектра колебаний системы СПИД. Автореферат к.т.н. М., УДН, 1979, 15 с.

82. Морозов В.Г. Дереворежущий инструмент. Справочник М.: "Лесная промышленность", 1988 г. - 344 с.

83. Мощный ультразвук в металлургии и машиностроении //

B. О. Абрамов [и др.] ; под общ. ред. О. В. Абрамова и В. М. Приходько. -Москва: Янус-К, 2006 (Люберцы (Моск. обл.): ПИК ВИНИТИ). - 687 с.

84. Муханов И. И. Ультразвуковая упрочняюще-чистовая обработка деталей машин и инструментов [Текст] // И. И. Муханов, Ю. М. Голубев,

В. И. Комиссаров. - Москва: [б. и.], 1967. - 10 с.

85. Муханов И.И., Голубев Ю.М. Поверхностный слой стальных деталей машин после ультразвуковой чистовой и упрочняющей обработки // Металловедение и термическая обработка металлов. 1969. - №9, с 29-32.

86. Налимов В.В., Голикова Т. И. Логические основания планирования эксперимента [Текст] // В. В. Налимов, Т. И. Голикова. - 2-е изд., перераб. и доп. - Москва: Металлургия, 1981. - 151 с.

87. Николенко С.В. Закономерности образования измененного поверхностного слоя при электроискровом легировании / С. В. Николенко,

А. Д. Верхотуров, Г. П. Комарова // Упрочняющие технологии и покрытия. -2008. - № 4(40). - С. 20-28.

88. Новик А. А. Применение современных методов моделирования при разработке и производстве ультразвуковых технологических волноводов // Сб. докладов Научно-практической конференции «100 лет Российскому подводному флоту», 2-4 марта 2006 г., г. Северодвинск, с. 59 - 60.

89. Новоселов Ю. А. Современная методология оптимального экспериментирования при изучении процессов резания // Ю. А. Новоселов Вестник машиностроения. - 2008. - № 5. - С. 70-76.

90. Обобщенная оценка качества режущих инструментов, выпускаемых инструментальными заводами [Текст]: Метод. указания // Всесоюз. научно.-исследовательский. инструменталный. институт "ВНИИ". -Москва: [б. и.], 1973. - 32 с.

91. Одинцов. Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием: Справочник // Л. Г. Одинцов. - М.: Машиностроение, 1987. - 327 с.

92. Памфилов Е. А. Возможности и перспективные пути повышения работоспособности машин и оборудования лесного комплекса //

Е. А. Памфилов, Г. А. Пилюшина // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. - 2013. - № 5(335). - С. 129-141.

93. Памфилов Е.А. Особенности изнашивания и повышение стойкости дереворежущих инструментов. // Известия высших учебных заведений. Лесн. журн. 1997. № 1. С. 142-145.

94. Памфилов Е.А., Пилюшина Г.А., Шевелёва Е.В. Повышение износостойкости сучкорезных ножей многооперационных лесозаготовительных машин. // Известия высших учебных заведений. Лесн. журн. 2019. № 6. С. 174-184.

95. Памфилов Е.А., Пыриков П.Г., Заикин А.Н., Меркелов В.М. Обеспечение работоспособности рабочих органов и инструментов машин и оборудования лесного комплекса. // Известия высших учебных заведений. Лесн. журн. 2010. № 3. С. 77-83.

96. Памфилов Е.А., Шевелёва Е.В. Особенности исследования изнашивания режущих инструментов для переработки древесных материалов. // Известия высших учебных заведений. Лесн. журн. 2017. № 6. С. 89-103.

97. Папшев Д.Д. Отделочно-упрочняющая обработка поверхностным пластическим деформированием [Текст]. - Москва : Машиностроение, 1978. -152 с.

98. Папшев Д.Д. Упрочнение деталей обкаткой шариками [Текст] // Д. Д. Папшев, канд. техн. наук. - Москва : Машиностроение, 1968. - 132 с.

99. Пат. 2347675 РФ, МПК B27G. Сборная дереворежущая фреза // Малыгин В.И., Лобанов Н.В., Прокофьев Г. Ф. заявитель и патентообладатель АГТУ. Заявл. 13.06.2007 опубл. 27.02.2009, Бюл. № 6. 3 с.

100. Пат. 2354543 РФ, МПК B27G. Сборная дереворежущая фреза // Малыгин В.И., Прокофьев Г.Ф., Лобанов Н.В., Лобанова И.С. заявитель и патентообладатель АГТУ. Заявл. 13.06.2007 опубл. 10.05.2009,

101. Пат. 2422263 РФ, МПК B27G. Сборная дереворежущая фреза // Малыгин В.И., Кремлева Л.В., Лобанов Н.В., Мелехов В.И., Шестаков К.Л. заявитель и патентообладатель АГТУ. Заявл. 19.05.2010 опубл. 27.06.2011, Бюл. № 18. 3.

102. Пат. 2433035 РФ, МПК B27G. Сборная дереворежущая фреза / Малыгин В.И., Кремлева Л.В., Лобанов Н.В., Мелехов В.И., Шестаков К.Л. заявитель и патентообладатель АГТУ. Заявл. 29.04.2010 опубл. 10.11.2011, Бюл. № 31. 2.

103. Пат. 2436670 РФ, МПК B27G. Сборная дереворежущая фреза // Малыгин В.И., Кремлева Л.В., Лобанов Н.В., Мелехов В.И., Шестаков К.Л. заявитель и патентообладатель АГТУ. Заявл. 11.05.2010 опубл. 20.12.2010, Бюл. № 35. 3.

104. Пат. 2462351 РФ, МПК B27G. Дереворежущая фреза // Малыгин В.И., Кремлева Л.В., Лобанов Н.В., Прокофьев Г.Ф., Чистякова О.Н. заявитель и патентообладатель АГТУ. Заявл. 12.04.2011 опубл. 27.09.2012, Бюл. № 27. 3.

105. Пат. 2465350 РФ, МПК B27G. Дереворежущая фреза // Малыгин В.И., Лобанов Н.В., Мелехов В.И. заявитель и патентообладатель САФУ. Заявл. 08.04.2011 опубл. 27.09.2012, Бюл. № 27. 2.

106. Патент № 2508984 Российская Федерация, МПК B27G. Сборная дереворежущая фреза // Малыгин В.И., Прокофьев Г.Ф., Лобанов Н.В., Фокин Н.Б., Шестаков К.Л., Черепанов С.А. заявитель и патентообладатель САФУ.

107. Пилюшина Г.А. Повышение износостойкости деталей и инструментов деревоперерабатывающего оборудования // Г. А. Пилюшина Качество и жизнь. - 2014. - № 1. - С. 44-49.

108. Розенберг Л.Д. Физика и техника мощного ультразвука [Текст] : [в 3 кн.] // АН СССР. Акустический ин-т; под ред. проф. Л. Д. Розенберга.

109. Рыбакова Л.М. Структура и износостойкость металла // Л. М. Рыбакова, Л. И. Куксенова. - М. : Машиностроение, 1982. - 212 с.

110. Саксена Дж.П. - Исследование колебаний системы СПИД и их влияние на износ режущего инструмента. Автореферат диссертации к.т.н. М.УДН, 1978, 16 с.

111. Свиридов Л.Т. Обрабатываемость резанием древесины различных пород [Текст] Л. Т. Свиридов, А. В. Ивановский, В. П. Ивановский // Известия вузов. Лесной журнал. - 2010. - № 6. - с. 126-132.

112. Свиридов, Л. Т. О критериях качества инструмента // Л. Т. Свиридов, В. П. Ивановский // Вестник Московского государственного университета леса - Лесной вестник. - 2006. - № 3. - С. 135-146.

113. Смелянский В.М. Механика упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием // В. М. Смелянский. - М.: Машиностроение, 2002. - 299 с.

114. Сорокин Г.М. Статистическое исследование взаимосвязи механических и триботехнических свойств сталей // Г.М. Сорокин,

Б.П. Сафонов, А.Я. Лысюк // Вестник машиностроения 1997г. - №8 - 3-6 с.

115. Справочник конструктора-инструментальщика / В. И. Баранчиков [и др.]; под общ. ред. В. А. Гречишникова и С. В. Кирсанова. - 2-е изд., перераб. и доп. - Москва: Машиностроение, 2006 (М.: Типография "Наука" РАН). - 541 с.

116. Старков В.М., Иремадзе М.Е. Оптимизация процесса торцевого фрезерования с целью стабилизации динамического воздействия на инструмент и заготовку // Вестник машиностроения. - 1991. - № 1.

117. Статников. Е.Ш. Разработка и исследование ультразвуковых устройств целевого технологического назначения. Автореферат на соискание степени кандидата технических наук. Москва. 1982г.

118. Стефановский В.Х. Обобщение некоторых экспериментальных данных по резанию древесины // Деревообрабатывающая промышленность. 1980. № 11., С. 8-9.

119. Суслов А.Г. Качество поверхностного слоя деталей машин // А. Г. Суслов. - М.: Машиностроение, 2000. - 317 с.

120. Суслов А.Г. Качество поверхностного слоя деталей машин // А. Г. Суслов. - М.: Машиностроение, 2000. - 317 с.

121. Тиме И.А. Сопротивление металлов и дерева резанию: Теория резания и прил. ее к машинам-орудиям // Соч., сост. на основании собств. исслед. Иваном Тиме, горн. инж. - Санкт-Петербург: Горноучеб. ком., 1870. -[4], 143 с.

122. Тихонов В.А. Расчет геометрии и силовых характеристик режущего инструмента для продольного резания древесины // Лесной журнал. 1971.- №5 - 79с.

123. Ударные волны и явления высокоскоростной деформации металлов: [Тр. междунар. конф., 1980 г. в США] Под ред. М. А. Мейерса, Л. Е. Мурра; Пер. с англ. Л. М. Бернштейна и др.; Под ред. Г. Н. Эпштейна //

124. Усталость и вязкость разрушения металлов [Текст]: [Материалы Совещ. ] // [Отв. ред. проф., д-р техн. наук В. С. Иванова и канд. техн. наук С. Е. Гуревич]; АН СССР. Ин-т металлургии им. А. А. Байкова. - Москва: Наука, 1974. - 262 с.

125. Федоров В.Л., Шустиков А.Д. - Влияние частоты и амплитуды колебаний инструмента на его стойкость // Станки и инструмент №1. 1979, с.18-19.

126. Хает Г. Л. Прочность режущего инструмента [Текст]. - Москва: Машиностроение, 1975. - 167 с.

127. Шамиев С. Ш. Влияние деформации на структуру и свойства железных сплавов в закалённом состоянии. В кн. Оптимизация металлургических процессов. М. «Металлургия» 1971г.

128. Шепеляковский К.З. Упрочнение деталей машин поверхностной закалкой при индукционном нагреве [Текст]. - Москва: Машиностроение, 1972. - 287 с.

129. Шнейдер Ю.Г. Холодная бесштамповая обработка металлов давлением [Текст] // Ю. Г. Шнейдер, канд. техн. наук, доц. - 3-е изд., перераб. и доп. - Ленинград : Машиностроение. [Ленингр. отд-ние], 1987. - 352 с.

130. Шустиков А.Д., Диллон Дж. Сингх. О связи динамического качества системы СПИД со стойкостью инструмента // В сб.научных трудов аспирантов инженерного факультета. УДН. М., УДН, 1972, 121 с.

131. Ямпольский Г. Я. Исследование абразивного износа элементов пар трения качения [Текст] // Г. Я. Ямпольский, И. В. Крагельский; АН СССР. Науч. совет по трению и смазкам. - Москва : Наука, 1973. - 63 с.

132. Bayer G. R. Mechanical Wear Fundamentals and Testing (2004) USA, NewYork: Marcel Dekker: 396 p.

133. Bayomi A.E., John A. Bailey (2016) Comparison of the wear resistance ofselected steels and cemented carbide cutting tool materials in machining wood.: http: //dx.doi.org/10.1016/0043-1648(85)90020.1.

134. Beer P., Gogolewski P, Klimke J, Krell A. (2003) TribologicalBehaviour of Sub-micron Cutting-ceramics in Contact with Wood-based Materials: http: //www.springerlink. com/content/f14q778g7lu3874k

135. Faga M. G., Settineri L. uca. (2006) Innovative anti-wear coatings on cutting tools for wood machining: http://dx.doi.org/10.1016/j.surfcoat.2006.06.013

136. Iacobs H.-I. Arttuellestandzeitfunktion die Arbeitsganggestatung beim Fräsen. Fertigungstech, und Betr., 1981.,31, No6,p.35

137. Klamecki B.E. (2003) A Review of Wood Cutting Tool Wear Literature: http: //www.springerlink.com/ content/v120741328777300.

138. Nordström J., Bergström J. (2011) Wear testing of saw teeth in timber cutting: http://dx.doi.org/10.1016/S0043-1648(01)00625-1.

139. Pilyushina G.A., Pyrikov P.G., Rukhlyadko A.S. Improving the performance of machining tools for nonmetallic materials//Russian Engineering Research. 2013. Т. 33. № 9. С.532-535

140. Porankiewicz B., Sandak J., Tanaka C. (2003) High Temperature Corrosion Interactions Between Cutting Edge and Wood. Proc. 16th IWMS. 351 -Matsue, Japan, p. 741.

141. Porankiewicz B., Sandak J., Tanaka C. (2005) Factors influencing steel tool wear when milling wood : Wood Science & Technology. 2005. № 39(3) - p.225-234.

142. Porankiewicz B., Sandak J., Tanaka C., Iskra P., Jozwiak K. (2006) High speed steel tool wear after wood cutting in presence of high temperature and mineral contamination . Wood Science & Technology. 40(4) p. 673-682.

143. Pugsley, V.A. , Korna G., Luyckxb S., Sockela H. G., Heinrichc W., Wolfc M., Feldd H., Schulted R. (2016) The influence of a corrosive wood-cutting environment on the mechanical properties of hardmetaltools:

http: //dx.doi.org/10.1016/S0263- 4368(01)00059-2.

144. Wear - materials, mechanisms and practice/editor Gwidon W. Stachowiak (2005). England, Chichester: John Wiley & Sons Ltd, The Atrium, Southern Gate, 479 p.

145. US patent 20130345384 A1. Ultrasonic-assisted molding of precisely-shaped articles and methods / S. Rendon, D. E. Ferguson, D. L. Pochardt, J. S. Warner, T. J. Rowell, P. T. Benson, S. K. Nayar. 2013.

Приложение 1 Результаты экспериментальных исследований

Таблица 1.1

Шероховатость поверхностей образцов режущих элементов

№ опыта Входные факторы Шероховатость Ra, мкм

Номинальные значения сталь Р6М5 сталь 9ХС

мм/об Н N Вт п, об/мин до УФО после УФО до УФО после УФО

1 0,17 225 100 80 0,474 0,220 0,702 0,218

2 0,17 225 100 200 0,596 0,220 0,686 0,214

3 0,17 225 100 315 0,620 0,210 0,554 0,208

4 0,17 225 150 80 0,606 0,170 0,660 0,176

5 0,17 225 150 200 0,554 0,160 0,584 0,166

6 0,17 225 150 315 0,624 0,150 0,562 0,158

7 0,17 225 200 80 0,474 0,110 0,606 0,126

8 0,17 225 200 200 0,418 0,100 0,588 0,122

9 0,17 225 200 315 0,432 0,090 0,568 0,118

10 0,04 50 150 200 0,470 0,134 0,618 0,220

11 0,04 225 150 200 0,542 0,090 0,604 0,200

12 0,04 400 150 200 0,466 0,088 0,606 0,070

13 0,17 50 150 200 0,356 0,244 0,594 0,290

14 0,17 400 150 200 0,532 0,140 0,498 0,100

15 0,3 50 150 200 0,502 0,266 0,474 0,350

16 0,3 225 150 200 0,492 0,230 0,430 0,196

17 0,3 400 150 200 0,470 0,190 0,462 0,130

Таблица 1.2

Микротвёрдость поверхности образцов режущих элементов

№ Входные факторы Микротвёрдость кгс/мм2

опыта Номинальные значения сталь Р6М5 сталь 9ХС

Р, N п, до после до после

мм/об Н об/мин УФО УФО УФО УФО

1 0,17 225 100 80 554 648 554 628

2 0,17 225 100 200 547 645 480 613

3 0,17 225 100 315 557 654 562 622

4 0,17 225 150 80 547 686 544 661

5 0,17 225 150 200 547 681 554 651

6 0,17 225 150 315 578 684 549 651

7 0,17 225 200 80 546 737 551 696

8 0,17 225 200 200 547 736 559 696

9 0,17 225 200 315 570 730 537 696

10 0,04 50 150 200 564 680 549 592

11 0,04 225 150 200 547 755 562 622

12 0,04 400 150 200 567 767 570 730

13 0,17 50 150 200 552 637 550 601

14 0,17 400 150 200 580 779 522 714

15 0,3 50 150 200 565 712 557 607

16 0,3 225 150 200 562 726 554 613

17 0,3 400 150 200 559 784 549 754

Таблица 1.3

Остаточные напряжения на поверхности образцов режущих элементов, сталь Р6М5

№ Входные факторы Остаточные напряжения МПа

опыта Номинальные значения окружные радиальные

N п, до после до после

мм/об Н об/мин УФО УФО УФО УФО

1 0,17 225 100 80 -460 -744 -428 -529

2 0,17 225 100 200 -476 -598 -372 -453

3 0,17 225 100 315 -492 -862 -429 -593

4 0,17 225 150 80 -546 -853 -482 -1002

5 0,17 225 150 200 -590 -784 -573 -925

6 0,17 225 150 315 -483 -714 -464 -986

7 0,17 225 200 80 -498 -626 -486 -1043

8 0,17 225 200 200 -523 -831 -513 -855

9 0,17 225 200 315 -467 -543 -481 -810

10 0,04 50 150 200 -412 -638 -431 -810

11 0,04 225 150 200 -563 -767 -316 -651

12 0,04 400 150 200 -593 -1275 -435 -964

13 0,17 50 150 200 -479 -736 -438 -568

14 0,17 400 150 200 -503 -749 -492 -971

15 0,3 50 150 200 -452 -535 -437 -562

16 0,3 225 150 200 -428 -491 -403 -703

17 0,3 400 150 200 -506 -719 -392 -802

Таблица 1.4

Остаточные напряжения на поверхности образцов режущих элементов, сталь 9ХС

№ опыта Входные факторы Остаточные напряжения МПа

Номинальные значения окружные радиальные

Б, мм/об Р, Н N п, об/мин до УФО после УФО до УФО после УФО

1 0,17 225 100 80 -404 -474 -478 -564

2 0,17 225 100 200 -396 -643 -406 -589

3 0,17 225 100 315 -492 -655 -492 -658

4 0,17 225 150 80 -446 -699 -446 -678

5 0,17 225 150 200 -512 -720 -520 -790

6 0,17 225 150 315 -483 -728 -383 -802

7 0,17 225 200 80 -498 -732 -498 -669

8 0,17 225 200 200 -423 -673 -423 -572

9 0,17 225 200 315 -467 -728 -467 -613

10 0,04 50 150 200 -412 -797 -378 -636

11 0,04 225 150 200 -363 -541 -301 -654

12 0,04 400 150 200 -493 -910 -493 -840

13 0,17 50 150 200 -479 -588 -479 -574

14 0,17 400 150 200 -503 -940 -503 -869

15 0,3 50 150 200 -452 -534 -352 -532

16 0,3 225 150 200 -428 -525 -428 -684

17 0,3 400 150 200 -413 -619 -372 -673

Таблица 1.5

РЭ сталь 9ХС, обрабатываемый материал сосна

№ РЭ Машинное Путь резания Приращение Радиус

и посадочного время одним износа между Общий износ режущей

места обработки РЭ циклами мм кромки

установки РЭ мин м обработки мкм мкм

№1 не обр. - - 3,6

№3 не обр. 0 0 - - 3,2

№2 обр. - - 3,3

№4 обр. - - 3,1

№1 не обр. 7 7 9

№3 не обр. 5,6 359,5 6 6 7

№2 обр. 1 1 4

№4 обр. 0 0 4,5

№1 не обр. 9 16 10,7

№3 не обр. 11,2 719 3 9 9,1

№2 обр. 0 1 6,8

№4 обр. 1 1 7,8

№1 не обр. 2 18 15,5

№3 не обр. 16,8 1078,5 4 13 12,7

№2 обр. 1 2 8,7

№4 обр. 1 2 8,2

№1 не обр. 3 21 15,7

№3 не обр. 22,4 1438 4 17 13,5

№2 обр. 2 4 8,9

№4 обр. 3 5 9,2

№1 не обр. 10 31 17,4

№3 не обр. 28 1797,5 8 25 15,6

№2 обр. 3 7 10,2

№4 обр. 6 11 10,7

№1 не обр. 33,6 2157 2 33 19,6

№3 не обр. 3 28 18,2

№2 обр. 0 7 10,4

№4 обр. 3 14 11,8

№1 не обр. 39,2 2516,5 3 36 21,3

№3 не обр. 4 32 19,4

№2 обр. 2 9 10,8

№4 обр. 2 16 12,1

№1 не обр. 44,8 2876 4 40 22,7

№3 не обр. 4 36 21,5

№2 обр. 3 12 11,2

№4 обр. 3 19 13,7

№1 не обр. 50,4 3235,5 2 42 25,3

№3 не обр. 2 38 23,1

№2 обр. 1 13 11,4

№4 обр. 1 20 15,9

№1 не обр. 56 3595 2 44 27,4

№3 не обр. 1 39 24,6

№2 обр. 0 13 12,7

№4 обр. 1 21 17,1

№1 не обр. 61,6 3954,5 2 46 28,6

№3 не обр. 2 41 25,7

№2 обр. 1 14 13,2

№4 обр. 1 22 17,7

№1 не обр. 72,8 4673,5 3 49 29,5

№3 не обр. 2 43 25,9

№2 обр. 1 15 14,2

№4 обр. 1 23 18,2

№1 не обр. 84 5392 2 51 31,2

№3 не обр. 2 45 27,8

№2 обр. 1 16 14,8

№4 обр. 1 24 18,3

Таблица 1.6

РЭ сталь 9ХС, обрабатываемый материал фанера

№ РЭ и посадочного места установки РЭ Машинное время обработки мин Путь резания одним РЭ м Приращение износа между циклами обработки мм Общий износ Радиус режущей кромки

№1 не обр. 0 0 - - 4

№3 не обр. - - 3,3

№2 обр. - - 2,4

№4 обр. - - 2,8

№1 не обр. 2,5 160,5 15 15 11,2

№3 не обр. 14 14 11,2

№2 обр. 10 10 7,3

№4 обр. 9 9 11,6

№1 не обр. 5 321 13 28 16,5

№3 не обр. 12 26 15,1

№2 обр. 8 18 11,8

№4 обр. 9 18 12,6

№1 не обр. 7,5 481,5 12 40 21,4

№3 не обр. 11 37 17,6

№2 обр. 8 26 12,6

№4 обр. 7 25 13,4

№1 не обр. 10 642 18 58 24,8

№3 не обр. 17 54 21,4

№2 обр. 8 34 12,8

№4 обр. 9 34 15,8

№1 не обр. 12,5 802,5 8 66 28,1

№3 не обр. 5 59 24

№2 обр. 7 41 14,1

№4 обр. 9 43 17,8

№1 не обр. 15 963 9 75 31,6

№3 не обр. 5 64 28,6

№2 обр. 3 44 17,2

№4 обр. 4 47 21,3

№1 не обр. 17,5 1123,5 18 93 37,8

№3 не обр. 19 83 34,2

№2 обр. 10 54 19,4

№4 обр. 10 57 22,3

№1 не обр. 20 1284 18 111 38,9

№3 не обр. 18 101 37,9

№2 обр. 5 59 21,1

№4 обр. 6 63 23,1

№1 не обр. 22,5 1444,5 17 128 45,8

№3 не обр. 16 117 41,2

№2 не обр. 4 63 25,3

№4 не обр. 5 68 24,5

Таблица 1.7

РЭ сталь Р6М5, обрабатываемый материал сосна

№ РЭ и посадочного места установки РЭ Машинное время обработки мин Путь резания одним РЭ м Приращение износа между циклами обработки мкм Общий износ мкм Радиус режущей кромки мкм

№1 не обр. 0 0 - - 6,2

№3 не обр. - - 5,9

№2 обр. - - 6,6

№4 обр. - - 6,1

№1 не обр. 5,6 359,5 3 3 7,9

№3 не обр. 4 4 6,6

№2 обр. 1 1 6,9

№4 обр. 1 1 6,5

№1 не обр. 11,2 719 2 5 9,3

№3 не обр. 2 6 7,2

№2 обр. 1 2 7,5

№4 обр. 1 2 7,3

№1 не обр. 16,8 1078,5 3 10 10,2

№3 не обр. 3 12 8,3

№2 обр. 2 3 7,8

№4 обр. 2 3 7,9