Совершенствование технологии финишной обработки сменных многогранных пластин тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.08, кандидат технических наук Большаков, Герман Сергеевич

• Большаков, Герман Сергеевич
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Большаков, Герман Сергеевич

Основные условные обозначения принятые в работе.

Введение.

1 Состояние вопроса.

1.1 Анализ условий эксплуатации и способы повышения прочности сменных многогранных пластин.

1.2 Финишная объемная обработка сменных многогранных пластин

1.3 Методы оптимизации параметров и повышения качества технологических систем.

1.4 Цель и задачи исследования.

2 Технология объемной вибрационной обработки сменных многогранных пластин и моделирование процессов их взаимодействия с гранулами обрабатывающей среды.

2.1 Технология объемной вибрационной обработки СМП.

2.2 Компьютерное моделирование процесса вибрационной обработки сменных многогранных пластин.

2.3 Разработка математической модели процесса вибрационной обработки СМП.

2.4 Модель единичного взаимодействия абразивного зерна с обрабатываемой поверхностью.

Выводы.

3 Моделирование процесса работы инструмента, прошедшего объемную обработку.

3.1 Влияние микрогеометрии рабочих поверхностей режущих пластин на характеристики процесса резания.

3.2 Влияние радиуса округления режущей кромки инструмента на характеристики процесса резания.

3.3 Модель работы инструмента с переменными параметрами радиуса округления режущей кромки и шероховатости поверхностей.

3.4 Определение напряженного состояния инструмента.

Выводы.

4 Оптимизация параметров вибрационной обработки сменных многогранных пластин.

4.1 Постановка задачи оптимизации.

4.2 Разработка автоматизированной сервисной информационно-вычислительной системы.

4.3 Примеры определения оптимальных параметров вибрационной обработки для конкретных задач.

Выводы.

5 Экспериментальные исследования вибрационной обработки сменных многогранных пластин.

5.1 Экспериментальные исследования влияния технологических факторов вибрационной обработки на качественные характеристики режущего инструмента.

5.2 Экспериментальные исследования влияния объемной вибрационной обработки режущего инструмента на характеристики процесса его работы

5.3 Определение рациональных областей использования технологии виброобработки СМП.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование технологии финишной обработки сменных многогранных пластин»

Проблема повышения эффективности машиностроительного производства, требует решения задач повышения производительности механической обработки, снижения затрат на режущий инструмент и простоев оборудования, связанных с отказами инструмента и его заменой.

В современном машиностроительном производстве в качестве режущей части инструмента широко применяются сменные многогранные пластины (СМП), на долю которых приходится примерно 70% всей срезаемой стружки.

Одной из основных причин выхода таких пластин из строя является выкрашивание и сколы режущей кромки, что вызвано выходом напряжений в режущем клине за пределы допустимых значений.

Существуют различные способы увеличения прочности режущего клина твердосплавного инструмента, одним из которых является повышение собственных прочностных характеристик, в частности, путем округления режущей кромки и снижения шероховатости рабочих поверхностей СМП.

Технологически округление режущей кромки инструмента и снижение шероховатости его опорных поверхностей наиболее эффективно обеспечивается объемной обработкой. Из применяемых в промышленности методов объемной финишной обработки режущего инструмента в настоящее время известно использование вибрационной и центробежно-ротационной обработки. ЦРО обеспечивает высокую производительность, но не исключает возможности появления сколов и выкрашиваний режущих кромок, вызванных взаимным соударением СМП в рабочей камере. Технология виброобработки менее производительна, но может быть реализована без появления каких-либо дефектов. Поэтому создание новых методов и средств обеспечивающих повышение эффективности виброобработки сменного многогранного неперетачиваемого инструмента является актуальной задачей.

В связи с изложенным целью настоящей работы является: повышение эффективности финишной обработки сменных многогранных пластин путем совершенствования технологии объемной вибрационной обработки и оптимизации режимов резания.

Для достижения поставленной цели в работе поставлены и решены следующие задачи:

1. Разработать технологию финишной вибрационной обработки СМП, обеспечивающую повышение производительности и качества обработки.

2. Разработать математическую модель, описывающую влияние технологических режимов виброобработки на производительность и качество обработки СМП.

3. Разработать математическую модель, позволяющую оценить влияние радиуса округления режущей кромки инструмента и шероховатости его поверхностей на силовые характеристики процесса резания и напряженное состояние режущего клина.

4. Разработать методику определения оптимальных режимов ВО, обеспечивающих получение необходимых характеристик СМП для конкретных условий производства.

5. Для автоматизации процедуры оптимизации режимов ВО разработать сервисную информационно-вычислительную систему.

6. Экспериментально проверить разработанные методы и определить области их рационального использования.

Научную новизну работы составляют:

1. Технология вибрационной обработки СМП, исключающая появление дефектов режущей кромки и обеспечивающая повышение производительности финишной обработки за счет использования оригинального приспособления.

2. Модель движения загрузки рабочей камеры вибромашины, позволившая установить зависимости параметров силового взаимодействия гранул обрабатывающей среды с СМП от технологических режимов обработки.

3. Критерии оптимизации процесса финишной обработки СМП для нахождения оптимального радиуса округления режущей кромки и повышения производительности процесса резания.

Работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы из 98 наименования и приложений, содержит 147 страниц основного текста, 62 рисунка и 17 таблиц.

1 Состояние вопроса

Заключение диссертации по теме «Технология машиностроения», Большаков, Герман Сергеевич

Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований, проведенных в диссертационной работе в соответствии с поставленной целью, могут быть сформулированы следующим образом:

1. Предложена технология финишной вибрационной обработки СМП с применением универсального оборудования, которая исключает появление дефектов режущей кромки в процессе обработки и обеспечивает повышение производительности.

2. Разработано оригинальное устройство, для реализации предложенной технологии виброобработки СМП и определены его оптимальные конструктивные размеры.

3. С помощью программных пакетов SolidWorks и MSC.visualNastran Desktop 4D разработана компьютерная модель процесса вибрационной обработки СМП и получены зависимости для определения силы и числа соударений абразивных гранул обрабатывающей среды и СМП от технологических режимов виброобработки и массы обрабатываемых СМП.

4. Разработана модель съема материала при виброобработке СМП и модель процесса резания инструментом с округленной режущей кромкой, которые позволили получить зависимости для расчета времени обработки и шероховатости обработанной поверхности, а также установить влияние виброобработки на эксплуатационные параметры инструмента. Адекватность моделей подтверждена результатами экспериментальных исследований.

5. Установлено, что виброобработка позволяет уменьшить растягивающие напряжения на передней поверхности СМП и при оптимальных величинах радиуса округления режущей кромки обеспечивает возможность увеличить интенсивность процесса резания на 40.60%.

6. Разработана методика оптимизации режимов виброобработки включающая набор задач, решаемых за счет изменения качественных характеристик инструмента и округления режущей кромки. Для каждой из задач определены критерии оптимизации, ограничения, а также разработаны алгоритмы поиска оптимальных режимов обработки.

7. Для автоматизации процедуры поиска оптимальных режимов виброобработки разработана сервисная информационно-вычислительная система, обеспечивающая необходимый набор вычислительных операций, хранения, ввод и вывод необходимых данных. ИВС допускает возможность оптимизации по любому из предложенных критериев, а также возможность сохранения, обновления и дополнения необходимых данных.

8. Определена область рационального использования технологии виброобработки СМП. Установлено, что использование СМП с округленной режущей кромкой наиболее эффективно при обработке легированных сталей и титановых сплавов, а также при черновой обработке. При этом возможное увеличение мощности не должно превышать 25.27%, а стоимость СМП должна быть не менее 15 рублей.

9. Результаты исследований внедрены в производство на ООО "СТМ-Технология". Использование предложенной технологии дало возможность предприятию повысить производительность изготовления СМП на 24,3 % благодаря совмещению вспомогательного времени с основным, исключить повреждение СМП в процессе обработки, а также повысить стойкость СМП в 1,3. 1,4 раза.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Большаков, Герман Сергеевич, 2008 год

1. Артамонов Е.В. Повышение работоспособности сборных режущих инструментов на основе исследования напряженно-деформированного состояния и прочности сменных твердосплавных пластин. Дис. докт. тех. наук. Томск: ТПУ 2003. -334 с

2. Архангельский А .Я. Delphi 2006. Справочное пособие: Язык Delphi, классы, функции Win32 и .NET. — М.: ООО «Бином-Пресс», 2006 г. — 1152 с: ил.

3. Бабичев А.П Технологичекое применение колебаний. или вибрационные технологии. —Ростов н/Д.: Вестник ДГТУ, 2005. Т.5. №3(25) http://www.dstu.edu.ru/vestnik

4. Бабичев А.П. Основы вибрационной технологии. Бабичев А.П., Бабичев -Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 1999. -620 с.

5. Баничук Н.В. Оптимизация форм упругих тел. -М.: Наука, 1980, -256 с.

6. Барон Ю.М. Влияние состояния кромок лезвий на эффективность режущих инструментов ж. Инструмент, Изд. СПИМАШ. С.Петербург, 2001.

7. Башков В. М. Испытание режущего инструмента на стойкость. Башков В. М., Кацев П. Г. -М.: Машиностроение, 1985. — 136 с.

8. Бетанели А. И. Влияние дробеструйной и вибрационной обработок на прочность твердых сплавов Бетанели А. И., Хает Л. Г // Надежность режущего инструмента. Киев; Донецк: Вища шк., 1975.-Вып. 2.-С. 86-91.

9. Бетанели А.И. Прочность и надежность режущего инструмента-Тбилиси : Саботча Сакартвело, 1973, -304 с.

10. Ю.Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов. М.: Машиностроение, 1975. - 344 с

11. Болыпев JI.H. Таблицы математической статистики. Болыпев JI.H., Смирнов Н.М. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1983 г.

12. Бритвин А. А. Моделирование процессов механической обработки пластин полупроводниковых и диэлектрических материалов свободным абразивом Автореф. диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук —М., 2007 —28 с.

13. Васин С.А. Проектирование сменных многогранных пластин. Методологические принципы. Васин С.А., Хлудов С.Я. Издательство: Машиностроение 2007 с. 352

14. Галин JI.A. Контактные задачи упругости и вязкоупругости. М.: Наука, 1980.-256 с.

15. ГОСТ 19042-80 Пластины сменные многогранные твердосплавные. Введ. 01.01.82

16. Грачев Ю. П. Математические методы планирования эксперимента.—М.: ДеЛи принт, 2005. -296 с

17. Исупов М.Г. Расчет съема металла при струйно-абразивной обработке -Ростов н/Д: Вестник ДГТУ, 2005 .Т.5.№ 1(23) http ://www.dstu.edu.ru/vestnik

18. Кинетика изнашивания твердосплавного режущего инструмента A.M. Пинахин, И.А. Пинахин, А. С. Иванова, А.А. Левченко Сборник научных трудов. Серия "Естественнонаучная" №1 (7) СевКавГТУ//Ставрополь, 2004 http://www.ncstu.ru

19. Колев Н.С. Исследование адгезионной связи на контактных поверхностях твердосплавных материалов. Ростов н/Д: Вестник ДГТУ. 2006. Т.6. №3 (30) http://www.dstu.edu.ru/vestnik

20. Колев Н.С. Исследование гидродинамических теорий для определения давления на контактной поверхности инструмента. Ростов н/Д.: Вестник ДГТУ. 2007. Т.7. №1 (32) http://www.dstu.edu.ru/vestnik

21. Коновалов А.В. Методика выбора сталей для их использования в условиях скольжения по закрепленному абразиву Коновалов А.В., Пичугин В.Ф., Елагина О.Ю. РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина Нефтегазовое дело, 2004 http://www.ogbus.ru

22. Крагельский И.В. Основы расчетов на трение и износ. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Камбалов -М. : Машиностроение, 1977, -526 с.

23. Крагельский И.В. Трение и износ. М.: Машгиз, 1962. - 383с.

24. Леонов С.Л. Обработка резанием: Учеб. пособие / С.Л. Леонов, Е.Ю. Татаркин, Ю.В. Федоров; Алт. гос. техн. ун-т им. И.И. Ползунова. -Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2003. 104 с

25. Леонов С.Л. Ю.В. РЕЗАНИЕ МЕТАЛЛОВ Леонов С.Л., Татаркин Е.Ю., Федоров Ю.В. Научно-Образовательный Журнал АлтГТУ 2003 г. Выпуск 5.

26. Линейное программирование и прикладные задачи: Учебное пособие. Костылева Н.Е., Цырков А.В., Козлов О.В., Семенов Г.Е. М.: «МАТИ»-РГТУ им. К.Э. Циолковского, 2001. 113 с.

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

28. Мельникова Е.П. Обеспечение заданного качества поверхности при финишных методах обработки —Ростов н/Д: Вестник ДГТУ, 2002.Т.2.№4(14)

29. Мельникова Е.П. Повышение эффективности финишных абразивных методов обработки путем управления процессом контактного взаимодействия Ростов н/Д: Вестник ДГТУ, 2002.Т.2.№4(14) http://www.dstu.edu.ru/vestnik

30. Металлообрабатывающий твердосплавный инструмент. Справочник/ B.C. Самойлов, Э.Ф. Эйхманс, В.А. Фальковский и др.; Редкол.: И.А. Ординарцев (пред.) и др-М.: Машиностроение, 1988— 368 с.

31. Моделирование динамики формообразования криволинейного профиля при шлифовании Ананченко В.Н., Ананченко А.И., Цыбрий И.К., Головкин В.В. -Ростов н/Д: Вестник ДГТУ. 2007. Т.7. №1 (32) http://www.dstu.edu.ru/vestnik

32. Нырков Н.Н. Совершенствование технологии объемной финишной обработки неперетачиваемого твердосплавного инструмента — Дис. канд. тех. наук. Пенза 1999., 154 с

33. Нырков Н.Н. Эффективность объемной центробежно-ротационной обработки твердосплавного режущего инструмента. // Точность инадежность технологических и транспортных систем: Сб. тр. науч.-техн. конф. -Пенза, издательство ПГУ, 1999, с. 23-24.

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

35. Петрушин С. И. Теоретические основы оптимизации режущей части лезвийных инструментов Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук -Москва 1998

36. Петрушин С.И. Оптимизация формы режущего клина лезвийных инструментов. //Вестник машиностроения, 1995, №3, с. 25-28.

37. Попов М.Е. Аналитические модели образования заусенцев при ортогональном резании в направлении скорости резания Попов М.Е., Неклесов К.Е. -Ростов н/Д: Вестник ДГТУ. 2002. Т.2. №2(12)

38. Прохоренко В.П. SolidWorks. Практическое руководство. -М.: ООО Бином-Пресс, 2004 г.- 448 с.

39. Радзевич С.П. Формообразование поверхностей деталей. Основы теории. Монография-К.: Растан, 2001.-592 с.

40. Развитие науки о резании металлов./ Под ред Зорева Н.Н. -М. : Машиностроение, 1967, -416 с.

41. Резников А.Н. Тепловые процессы в технологических системах. Резников А.Н., Резников JI.A. М.: Машиностроение, 1990, -228 с.

42. Реклейтис Г. Оптимизация в технике: в 2-х кн. Реклейтис Г., Рейвиндран А., Рэгсдел К. Кн. 1,2.-М.: Мир, 1986

43. Рыжкин А.А. Один из подходов к снижению уровня относительного износа лезвийного режущего инструмента на стадии проектирования. Рыжкин А.А., Илясов В.В., Илясов Ю.В. -Ростов н/Д: Вестник ДГТУ. 2001. Т. 1. №3(9) http://www.dstu.edu.ru/vestnik

44. Рыжкин А.А. Особенности стружкообразования при обработке ' сталей твердыми сплавами с износостойкими покрытиями. Рыжкин А.А., Климов М.М., Сергеев Р.В. Ростов н/Д: Вестник ДГТУ. 2001. Т.1. №1 http://www.dstu.edu.ru/vestnik

45. Скороходов С. В. Особенности лезвийной обработки с малыми толщинами среза Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук -Иркутск. 2007 с

46. Скрябин В.А. Основы процесса субмикрорезания при обработке деталей незакрепленным абразивом. Пенза: ПВАИУ, 1991.-120с.

47. Соболь И.М. Выбор оптимальных параметров в задачах со многими критериями. Соболь И.М., Статников Р.Б. -М.: Наука, 1981, -110 с.

48. Справочник конструктора-инструментальщика/ В.И. Баранчиков, Г.В. Боровской, В.А. Грешников и др.; Под ред. В.И. Баранчиков-М.: Машиностроение, 1994. -560 с.

49. Субач А.П. Динамика процессов и машин объемной обработки. -Рига: Зинатне, 1991, 220 с

50. Сухарев М.В. Основы Delphi. Профессиональный подход — СПб.: Наука и Техника, 2004. 600 ил.

51. Тамаркин М.А. Оптимизация технологических процессов обработки деталей свободными абразивами. Тамаркин М.А., Азарова А.И. -Ростов н/Д: Вестник ДГТУ. 2001. Т.1. №1(7) http://www.dstu.edu.ru/vestnik

52. Тамаркин М.А. Повышение качества поверхностного слоя деталей при отделочно-упрочняющей обработке в гранулированных рабочих средах Тамаркин М.А., Тищенкоко Э.Э., Лебеденко В.Г. //Станки и инструмент.-2007-№1-С. 33-36

53. Токарев В.В. Математическое моделирование процессов резания, режущего инструмента и АСНИ: Учебное пособие Токарев В.В., Скребнев Г.Г. / ВолгГТУ, Волгоград, 1998. 72 с.

54. Трение, изнашивание и смазка. Справочник. В 2-х кн. Кн. 1. /Под ред. Крагельского И.В., Алисина В.В. -М. : Машиностроение, 1978, -400 с

55. Триботехника: Конспект лекций для студентов всех специальностей направления "Инженерная механика'УСост. Роганов JI.JL, Кравченко Р.А.-Краматорск: ДГМА, 2003 .-77с.

56. Трилисский В.О. К вопросу оптимизации параметров технических систем. Трилисский В.О., Нырков Н.Н. //Информатика-Машиностроение, 1999, №4.

57. Трилисский В.О. Объемная центробежно-ротационная обработка деталей. //Алмазная и абразивная обработка деталей машин и инструмента: Межвуз. сб. науч. тр. —Пенза: Изд-во пенз. гос. ун-та, 1994. -Вып.21, с. 86-92.

58. Трилисский В.О. Оптимизация вибрационной обработки сменных многогранных пластин/ Трилисский В.О., Большаков Г.С., Шаронов

59. А.В. Системы проектирования, моделирования, подготовки производства и управления проетами CAD/CAM/CAE/PDM: сборник статей II Международной научно-практической конференции.-Пенза, 2008. 100 с.

60. Трилисский В.О. Повышение эффективности отделочно-зачистных операций путем создания теории, оборудования и технологии объемной центробежно-ротационной обработки. Диссертация докт. техн. наук. -М.: ЭНИМС, 1992.

61. Трилисский В.О. Расчет сил резания для инструмента со скругленной режущей кромкой/ В.О. Трилисский, Г.С. Большаков// Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки-2007. №3

62. Трилисский В.О. Технологические возможности и области использования объемной центробежно-ротационной обработки. //Повышение эффективности технологических процессов механообработки: Сб. научн. тр. -Иркутск: ИЛИ, 1991, с. 36-40.

63. Фаронов В.В. Borland Delphi 7: Учебный курс-Москва: «Нолидж», 2003.

64. Фленов М.Е. Библия Delphi. -СПб.: БХВ-Петербург, 2004. -880 с.

65. Хаст Г. JI. Прочность режущего инструмента. М.: Машиностроение, 1975. -168 с.

66. Шпак Ю.А. Delphi 7 на примерах/ Под ред. Ю.С. Ковтанюка -К.: Издательство Юниор, 2003. -384 с.

67. Шустер Л.Ш. Адгезионное взаимодействие режущего инструмента с обрабатываемым материалом. -М.: Машиностроение, 1988, —96 с.

68. Юрчук Н. А Карбидовольфрамовые твердые сплавы с кобальтовой связкой ВК8 и ВК15: методы получения, структурное состояние и некоторые физико-механические свойства «Вюник СумДУ», №11(83). 2005

69. Юсупов Ж.А. К вопросу об участии в работе зерен поверхностного слоя абразивного инструмента. Вестник КТГУ им. А.Н. Туполева. 2000. №2

70. Ящерицын П.И. Теория резания. Физические и тепловые процессы в технологических системах. -Мн. : Выш. Шк., 1990, -512 с.

71. Ящерицын П.И. Тонкие доводочные процессы обработки деталей машин и приборов-Минск, "Наука и техника", 1976, 328 с.

72. А.С. 1006183 СССР, МКИ В24В31/06. Вибрационное устройство /-0публ.23.03.83. Бюл. №11

73. А.С. 779039 СССР, МКИ В24В31/06. Устройство для вибрационной обработки деталей /-Опубл. 15.11.80. Бюл. №42

74. А.С. 872218 СССР, МКИ В24В 31/06. Способ вибрационной обработки /- Опубл. 15.10.81. Бюл. № 11

75. Borland Delphi 6. Руководство разработчика. Тейкера, Стив, Почеко, Ксавье: Перевод с английского В.А. Коваленко и Ю.А. Шпака под ред. Коваленко -М.: Издательский дом «Вильяме». 2002. -1120 с.

76. SolidWorks. Компьютерное моделирование в инженерной практике/Алямовский А.А., Собачкин А.А., Одинцов Е.В. и д.р.; Под ред. Алямовского А.А СПб.: БХВ-Петербург, 2005. - 800 с.