Теоретические основы оптимизации режущей части лезвийных инструментов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.03.01, доктор технических наук Петрушин, Сергей Иванович

• Петрушин, Сергей Иванович
• доктор технических наук
• 1998

Оглавление диссертации доктор технических наук Петрушин, Сергей Иванович

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Трактовка понятия оптимальности

1.2. Оптимальная геометрия режущей части

1.3. Композиционные материалы как основа для оптимизации материала режущей части

1.4. Оптимальное проектирование конструкций и композиционных материалов

1.5. Цель и задачи исследования

Глава 2. ЭЛЕМЕНТЫ МЕХАНИКИ НЕСВОБОДНОГО РЕЗАНИЯ МЕТАЛЛОВ

2.1. Схема стружкообразования с единственной поверхностью сдвига

2.1.1. Зона стружкообразования для частных видов режущей кромки

2.1.2. Угол схода стружки и траектория ее движения по передней поверхности

2.2. Схема стружкообразования с развитой зоной деформации

2.2.1. Построение полей линий скольжения при свободном резании

2.2.2. Определение напряжений в зоне стружкообразования

2.2.3. Построение областей пластической деформации при несвободном резании

2.3. Связь между составляющими силы резания и контактными нагрузками

2.4. Выводы по главе 2

Глава 3. ОПТИМИЗАЦИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ СТр,

ПАРАМЕТРОВ РЕЖУЩЕЙ ЧАСТИ

3.1. Оптимизация формы передней поверхности по критерию

стойкости

3.1.1. Взаимосвязь между контактными нагрузками и износом

режущей части

3.1,2.0беспечение равномерного износа передней поверхности

3.2. Исследование оптимальной формы режущего клина по критерию прочности

3.2.1. Режущий клин с фаской

3.2.2. Режущий клин с округленным лезвием

3.3. Исследование оптимальной формы режущей части в

плане

3.4. Оптимальность стружколомающих элементов режущей

части

3.5. Выводы по главе 3

Глава 4. ОПТИМИЗАЦИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО МАТЕРИАЛА В РЕЖУЩЕМ

КЛИНЕ

4.1. Элементы теории упругости анизотропного режущего

клина

4.1.1. Двухклинная анизотропия

4.1.2. Трехклинная анизотропия

4.2. Распределение модулей упругости в равнопрочном режущем клине

4.2.1. Нагружение сосредоточенными силами

4.2.2. Нагружение распределенными нагрузками

4.3. Условия отсутствия межслойных трещин в СТр. композиционном режущем клине

4.4. Выводы по главе 4

Глава 5. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ

ПРОВЕДЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

5.1. САПР режущих инструментов со сменными многогранными пластинами

5.1.1. Характеристика и описание работы системы

5.1.2. Математическое обеспечение системы

5.1.3. Выводы по разделу 5.1

5.2. Режущие свойства двухслойных пластин из Томала-10

5.2.1. Методика проведения исследования

5.2.2. Лабораторные исследования обрабатываемости серого чугуна Томалом-10

5.2.3. Производственные испытания Томала-10 при обработке валков холодной прокатки

5.2.4. Выводы по разделу 5.2

5.3. Технология производства СМП из многослойных

композиций

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Преобразование координат при переходе

от станочных координат к инструментальным и обратно

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Резец сборный проходной с механическим

креплением пластины квадратной формы из Томала-10

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Резец сборный проходной упорный с механическим креплением пластины трехгранной формы из

Томала-10

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Теоретические основы оптимизации режущей части лезвийных инструментов»

ВВЕДЕНИЕ

Существование оптимальных геометрических параметров режущей части установлено многочисленными экспериментами по исследованию режущих свойств различных лезвийных инструментов из разных инструментальных материалов при обработке разнообразных металлов и сплавов. Определение оптимальной геометрии в настоящее время требует проведения трудоемких стойкостных испытаний. Так из личного опыта автора время получения одной кривой износа и, соответственно, одной точки на стойкостной зависимости с измерением топографии износа, силы и температуры резания, шероховатости обработанной поверхности и других сопутствующих процессу резания явлений, составляет 6-8 часов без учета времени на подготовку экспериментальной установки, инструмента и обрабатываемой заготовки. Для прогрессивных марок инструментального материала с высокой износостойкостью это время еще более увеличивается. По данным фирмы SANDYIK COROMANT на ее экспериментальных установках в исследовательских целях ежегодно истирается около 25000 режущих граней в год и при этом снимается до 180 тонн стружки. Поэтому задача расчетного определения оптимальных с определенной точки зрения формы, размеров и материала режущей части представляет собой актуальную проблему как для теории резания, так и для практики металлообработки.

В основу диссертационной работы положены теоретические исследования вопросов механики несвободного резания материалов (Глава 2), проведенные с целью определения исходных параметров процесса, необходимых для оптимального проектирования режущей части. Предложена и аналитически описана схема стружкообразования с единственной поверхностью сдвига, которая позволяет определять начальный угол и траекторию схода стружки. На основе теории линий скольжения разработана схема образования стружки с развитыми зонами первичных и

вторичных пластических деформаций как при свободном, так и при несвободном резании. С помощью этого подхода получена возможность расчета напряженного состояния в любой точке пластической зоны и контактных нагрузок на передней поверхности инструмента. Установлена также связь между технологическими составляющими силы резания и параметрами распределения контактных нагрузок.

На основе полученных данных в Главе 3 сформулированы критерии оптимальности и проведена оптимизация геометрических параметров режущей части инструмента. При этом разработана методика оптимизации углов как режущего клина, так и углов режущей части в плане.

Отдельно рассмотрена задача оптимизации распределения физико-механических свойств инструментального материала режущей части (Глава 4), актуальная при создании композиционных режущих элементов. С помощью теорий упругости и термоупругости решена задача оптимизации двух- и трехклинной анизотропии режущего клина, а также разработаны оптимальные проекты равнопрочного режущего клина. Кроме того исследованы условия отсутствия межслойных трещин при спекании режущих композитов.

Практическая значимость результатов проведенных исследований подтверждена разработанной оптимизационной САПР сменных многогранных пластин (СМП), изучением режущих свойств двухслойных композитов из Томала-10 и разработкой оригинальной технологии получения многослойных СМП.

На защиту выносятся:

— схема образования стружки при несвободном резании с единственной условной поверхностью сдвига;

— аналитические выражения для описания верхней границы условной поверхности сдвига как для режущей кромки общего вида, так и для частных ее случаев;

— методика и формулы для определения начального угла схода стружки при несвободном резании;

— концепция определения траектории движения стружки по передней поверхности режущей части;

— схемы полей линий скольжения в первичной и вторичной пластических зонах стружкообразования при свободном резании;

— методика расчета нормальных и касательных контактных нагрузок на передней поверхности инструмента;

— идентификация пятна силового контакта стружки с передней поверхностью и описание формы областей пластических деформаций при несвободном резании:

— формулы связи между составляющими силы резания и параметрами распределения контактных нагрузок при несвободном резании;

— комплексные критерии оптимальности геометрических параметров режущей части;

— сущность взаимосвязи между контактными нагрузками и износом режущей части и условия обеспечения равномерного изнашивания передней поверхности;

— методика оптимизации формы передней поверхности инструмента по целевой функции прочности и аппроксимации этой формы фаской и округлением режущего лезвия;

— методика оптимизации геометрии режущей части в плане;

— развитие теории упругости и термоупругости для анизотропного режущего клина;

— условие постоянства радиальных напряжений в режущем клине как критерий оптимальности распределения свойств инструментального материала;

— оптимизация двух- и трехклинной анизотропной режущей части;

— уточнение понятия прочности и равнопрочности режущей части;

— оптимальные проекты равнопрочной композиционной режущей части инструмента;

— введение ограничения на отсутствие межслойных термических трещин в оптимизацию физико-механических свойств инструментального материала;

— блоки оптимизации и математическое обеспечение системы автоматизированного проектирования токарных инструментов с СМП;

— методика компьютерного проектирования специальных форм СМП по различным критериям оптимальности;

— результаты экспериментальных исследований режущих свойств двухслойных СМП из Томала-10;

— технология получения объемно-анизотропных СМП;

Научная новизна заключается в следующем:

1. Для несвободного резания материалов предложена и экспериментально проверена гипотеза о постоянстве угла сдвига в направлении схода стружки, на основе которой построена и аналитически описана схема стружкообразования с единственной условной поверхностью сдвига (УПС).

2. Аналитически установлено и экспериментально подтверждено, что угол начального схода стружки при несвободном резании полностью определяется формой режущей кромки и сечением срезаемого слоя. Разработана концепция определения траектории движения стружки по передней поверхности и ее завивания после окончания силового контакта.

3. Разработаны математические модели и построены схемы полей линий скольжения в первичной и вторичной зонах пластических деформаций при свободном и несвободном резании, которые позволяют рассчитать напряженное состояние в любой точке как внутри этих зон, так и на контактных площадках режущей части.

4. На основе изучения экспериментальных данных сформулированы условия оптимальности геометрических параметров режущей части по критериям равномерного изнашивания и равнопрочности режущего клина и разработаны расчетные методики оптимизации формы режущей части.

5. Впервые предложен метод оптимизации распределения модуля упругости инструментального материала в режущей части с ограничениями оптимального проекта по межслойным трещинам и экономичности.

Практическая ценность работы:

1. Создан комплекс частных методик для определения на стадии проектирования лезвийных инструментов геометрических параметров их режущей части, включающей в себя расчеты оптимального переднего угла, равнопрочной формы передней поверхности, параметров

v 1 к/ и

упрочняющей фаски, радиуса округления режущих лезвии, оптимальной величины угла наклона главного режущего лезвия и формы стружколомающего порожка по различным критериям оптимальности. Комплекс включает в себя также методики расчета необходимых для оптимизации исходных данных (угол начального схода стружки, параметры распределения контактных нагрузок, составляющие силы резания и т. п.).

2. Построены равнопрочные проекты композиционного материала режущей части, позволяющие создать новый класс инструментальных материалов - многослойных объемно-анизотропных композитов. Разработаны рекомендации по предотвращению появления межслойных термических трещин, возникающих при изготовлении и эксплуатации многослойных композиций.

3. Разработана система автоматизированного проектирования токарных инструментов с СМП, отличающаяся от существующих

наличием блоков оптимизации и специфическим математическим обеспечением.

4. Получены экспериментальные данные по режущим свойствам двухслойных композиционных СМП из Томала - 10 при обработке закаленной стали и серого чугуна.

5. Предложена и экспериментально отработана технология получения многослойных заготовок СМП из различных материалов и установлены перспективные композиции инструментальных материалов.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 138 наименования и приложений. Общий объем диссертации 307 е., из них 245 страниц основного текста и 111 иллюстраций на 62 страницах.

Все результаты, представленные в диссертации, получены лично автором или под его руководством.

Заключение диссертации по теме «Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки», Петрушин, Сергей Иванович

5.2.4. Выводы по разделу 5.2

5. Внедрение резцов из Томала-10 на операциях обточки валков холодной прокатки и чистовой обработки чугунных втулок позволило в условиях ПО "Юргинский машиностроительный завод" получить годовой экономический эффект в размере 25 тыс. рублей в ценах 1991 года.

5.3. Технология производства СМП из многослойных композиций

Технологические способы изготовления объемно-анизотропных композиционных материалов и конструкций можно разделить на методы гальванопластики, порошковой металлургии, самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, химической сборки, способов получения волокнистых и слоистых полимеров и ряд других [18, 20, 39, 99]. Для инструментальных материалов наиболее применима порошковая металлургия, которая начиная с появления твердых сплавов традиционно является основным способом изготовления режущих пластин.

Если для обычной технологии получение твердого сплава важна гомогенность смеси, достигаемая тщательным ее перемешиванием, то для объемной анизотропии необходимо получать различное содержание смеси в разных зонах режущей пластины. Этого можно достичь послойным прессованием [36, 37] или специальной засыпкой прессформы по координатам порошковыми смесями различного содержания. В последнем случае резко возрастает трудоемкость операции засыпки и здесь требуется специальное устройство для порционной подачи смесей.

Для первого случая известен способ изготовления пластин (а.с. №1115712, В23 В27/14) путем прессования нижнего слоя из порошка безвольфрамового твердого сплава КТН30 при низком давлении (1.2 МПа), а затем верхнего режущего слоя из безвольфрамового твердого сплава КТН12 вместе с нижним слоем при давлении 10. 12 МПа с последующим спеканием. При этом поверхности раздела слоев, как правило, являются плоскими, что не соответствует оптимальным проектам анизотропного режущего клина, рассмотренным в п.4.2 (см. рис. 4.12 и 4.13).

Более близок к желаемому результату способ изготовления многогранной режущей пластины (а.с. №1701429, В23 В27/14 от 21.11.89 г.), включающий засыпку в прессформу порошка материала подложки (или инструментального материала), формирование фасонной поверхности в виде параболоида вращения, засыпку в прессформу порошка инструментального материала (или материала подложки) и воздействие на заготовку пластины высоким давлением и температурой. Его недостатком является значительная трудоемкость процесса формирования поверхности раздела слоев в материале СМП.

Автором *) предложен способ изготовления заготовок режущих пластин (заявка № 96-106575(011063) от 4.04.96г.), отличающийся тем, что в процессе послойной засыпки в прессформу порошков она вращается вокруг собственной оси с переменной угловой скоростью. Способ реализован на экспериментальной установке (рис. 5.7), включающей в себя та-хогенератор, на валу которого устанавливается нижняя часть прессфор-мы с вкладышем под СМП требуемой формы. Размеры полости вкладыша устанавливались с учетом усадки горизонтальных размеров пластины после спекания (примерно на 30 % больше [99]). Частота вращения вала тахогенератора регулируется реостатом R.

Изготовление композиционной СМП осуществляется следующим образом. Прессформу устанавливают на ось тахогенератора и начинают вращать с угловой частотой Ilj. Затем при помощи дозирующего устройства (на рис. 5.7 не показано) в нее засыпают порошок материала подложки. Вследствие действия центробежных сил частицы порошка распределяются в полости прессформы и оседают на периферийных Соавтор — аспирант О.Ю.Ретюнский

Засыпка смеси

Тахогенератер Г

Рис. 5.7. Схема установки для засыпки прессформы ж

А N ч

-г а) б) Ь) г)

Рис. 5.8. Варианты композиционных СМП при ГЦ > П2 участках с образованием верхней фасонной поверхности в виде параболоида вращения. После этого засыпают дозированную порцию порошка инструментального материала и увеличивают или уменьшают частоту вращения до величины П2. Последний слой формируют при небольшой скорости вращения, обеспечивающей плоскую верхнюю поверхность засыпки. Затем прессформу снимают с оси тахогенератора, собирают ее с верхней частью и помещают на стол пресса. Далее прессуют брикет, разбирают прессформу и спекают полученные брикеты при определенной температуре.

Предложены также несколько разновидностей рассматриваемого способа (рис. 5.8, 5.9, 5.10), каждая из которых реализует тот или иной проект композиционной СМП.

Для двухслойных композиций при ГЦ > П2 (см. рис. 5.8) путем комбинирования объемами смесей можно получить выход на режущую вершину материала первого слоя в виде сплошной армирующей коронки (рис. 5.8 а), в виде армированных вершин (рис. 5.8 б) и выход материала второго слоя (рис. 5.8 в). Здесь возможны также варианты работы перевернутой по отношению к засыпке СМП и получения пластин с отверстием (рис. 5.8 г).

Для трехслойных пластин с режимом вращения при послойной засыпке П| < П2 > Н3 (см. рис. 5.9) имеем варианты: выход первого слоя только на вершины СМП (рис. 5.9 а); выход первого слоя по всему периметру СМП (рис. 5.9 6); выход второго слоя по периметру СМП (рис. 5.9 в); выход третьего слоя на всю переднюю поверхность (рис. 5.9 г).

Варианты трехслойных СМП с режимом ГЦ > П2 > П3(см. рис.

5.10): г гз а)

5)

6) г)

Рис. 5.9. Варианты композиционных СМП при П1 < П2 > П3

-3

-1 3 А а) Щ

V А

Рис. 5.10. Варианты композиционных СМП при ГЦ > П2 > П3 выход на переднюю поверхность только первого и третьего слоя (рис. 5.10 а); выход всех трех слоев (рис. 5.10 б); выход на вершины второго слоя (рис. 5.10 в); выход на переднюю поверхность третьего слоя (рис. 5.10 г).

Представленное множество вариантов предложенного способа свидетельствует об его эффективности в реализации оптимальных проектов объемно-анизотропных режущих пластин. В то же время следует заметить, что образуемая в прессформе поверхность раздела слоев в виде параболоида вращения не совпадает с характером оптимальных поверхностей раздела (см. рис. 4.12). Поэтому возникает необходимость аппроксимации оптимальных профилей параболами, которую можно провести известными способами графо-аналитической обработки. Вторая особенность связана с тем, что полученный при засыпке профиль поверхности раздела искажается в процессе прессования заготовок СМП и принимает окончательный вид уже после спекания. Эти факторы необходимо учитывать при изготовлении режущих пластин с заранее задаваемой анизотропией.

Способ был реализован путем изготовления оснастки и проведения экспериментов в Филиале ТПУ в г. Юрге и на ПО "Юргинский машиностроительный завод". Использовались исходные материалы в виде порошков: железографитовая смесь марок ПЖГр1 и ПЖГр2, быстрорежущая сталь Р6М5К5П, твердые сплавы ВК8 и ВК10. В экспериментах применялись также порошковая медь и отходы электрокорунда АЬОз, полученные после его рассеивания на Юргинском абразивном заводе. Порошки твердых сплавов в состоянии поставки были смешаны с пластификатором. Масса порошковых фаз при засыпке в прессформу определялась на аналитических весах. Суммарная масса засыпки устанавливалась с учетом необходимой толщины СМП и ее температурной усадки при спекании: 12 г для квадратной и 10 г для трехгранной пластины.

После засыпки прессформы в соответствии с приведенной выше последовательностью производилась прессование брикетов на прессе Р-10 с усилием 10 тс. Все брикеты (прессовки) маркировались путем царапания иглой кода согласно рецептуры и режима вращения прессформы. Прессовки спекались как в лабораторных, так и в производственных условиях в отделении порошковой металлургии ЦЗЛ ПО ЮМЗ. Спекание в лаборатории металловедения Филиала производилось в трубчатой печи СУ-ОЛ.044/12-М2-У42 при температуре 1200°С в атмосфере аргона в течение 1,5.2 часов. Для этого на дно специальной лодочки насыпалась крупка электрокорунда, укладывались прессовки с зазором между ними и сверху вновь засыпался крупнозернистый электрокорунд. Слабый поток аргона в зону спекания обеспечивался от баллона высокого давления через специальное воздухоподводящее устройство с термоизоляцией.

На первом этапе определялась возможность получения прочного без трещин соединения в следующих двухслойных композициях:

1) ПЖГР1 (ПЖГР2) — Р6М5К5П;

2) ПЖГР1 — ВК8;

3)ПЖГР1 — ВК10;

4) Р6М5К5П — ВК8;

5) Р6М5К5П — ВК10;

6) ВК8 — ВК10.

Как показали эти опыты и в полном соответствии с расчетами на трещиностойкость, проведенными в п. 4.3, прочные соединения получены в вариантах 1) и 6) для материалов одного класса с близкими значениями модуля упругости и коэффициентов термического линейного расширения. Остальные композиции дали растрескивание твердосплавной фазы как по шву, так и в радиальном от центра СМП направлении. Причем меньшее трещинообразование получено для пластин, не имеющих сплошной армирующей коронки по периметру (см. рис. 5.8. б и 5.9 а).

На втором этапе работы были получены трехслойные копозиции (86 вариантов). Исследовалось влияние комбинации материалов пластин, их относительной массы, режима вращения прессформы при засыпке и ряда других технологических факторов на возможность получения прочных прессовок. В результате установлено следующее: перспективны композиционные пластины, у которых материал промежуточного слоя состоит из смеси материалов двух других слоев в пропорции 1:1; легче других реализуется варианты рассыпки перевернутой пластины (см. рис. 5.8 г) и режим вращения ГЦ > П2 > П3 (см. рис. 5.10).

Одновременно определялась возможность утилизации отходов производства Юргинского абразивного завода в виде абразивной пыли, для чего этот порошок смешивался с железографитовой смесью и порошковой быстрорежущей стали. Здесь получен ряд перспективных композиций.

Кроме того с целью возврата в производство отходов твердого сплава рассматривалось также паллиативное по отношению к оптимальным проектам решение, когда в углы прессформы устанавливались кусочки твердого сплава Т15К6, которые засыпались порошком ПЖГр1, а затем производилось прессование и спекание. Стойкостные опыты по чистовому точению стали Ст.5 показали, что такого рода СМП, изготовленные по типу Томала-30, вполне могут быть использованы на производстве в случае дефицита твердых сплавов. При этом для повышения прочности сцепления твердосплавных вставок с материалом подложки необходима специальная схема разрезки отходов твердого сплава, обеспечивающая выход на вершину только верхней части вставки, в то время как опорная ее часть полностью впечена в тело СМП.

Следует отметить, что наряду с получением оптимальных по прочности проектов СМП, описанный выше способ обеспечивает существенное снижение расхода инструментальных материалов на их изготовление. В зависимости от варианта композиции эта экономия достигает от двух до пяти раз на одну режущую пластину.

Таким образом предложенная в данном разделе технология изготовления композиционных режущих пластин дает возможность пополнить инструментальные материалы новым классом - объемно-анизотропными равнопрочными экономно армированными режущими элементами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По результатам, полученным в представленной работе, можно сделать следующие общие выводы:

1 .Оптимальное проектирование инструментов должно осуществляться на основе целевых функций прочности, износостойкости, струж-коломающих свойств и экономичности. Предлагается применять в качестве критериев оптимальности формы и геометрических параметров режущей части максимальную прочность, максимальную стойкость, максимальный диапазон изменения параметров режима резания, в котором надежно обеспечивается завивание и ломание стружки, и минимальную стоимость оптимального проекта. При оптимизации свойств инструментального материала режущей части могут быть применены эти же критерии оптимальности за исключением третьего, который связан только с формой передней поверхности инструмента.

2. Наиболее разработанным к настоящему времени является критерий максимальной прочности, который базируется на математической теории упругости. Применительно к оптимизации режущего клина предложено конкретизировать его в виде следующего условия равнопрочно-сти: режущий клин будет оптимально спроектирован, если в любой его точке (как внутри, так и на передней поверхности) под воздействием внешних нагрузок будут возникать одинаковые радиальные напряжения, величина которых с некоторым запасом не превышает предельно допустимого значения. Такой подход позволил разработать методику оптимизации формы передней поверхности режущей части и отдельных ее элементов, а также получить оптимальные проекты распределения модуля упругости инструментального материала в режущем клине.

3.Для критерия максимальной стойкости (минимального износа) режущей части отсутствует надежная формальная теория трения и поэтому в данной работе был сделан переход к нему через прочность формоустойчивость) режущей кромки при детальном нагружении режущего лезвия контактными нагрузками, а также через обеспечение равномерного износа задних поверхностей с помощью управления сходом стружки по передней поверхности. Рассмотрена также возможность прогнозирования износа по величине контактных нагрузок.

4. Исходными данными для осуществления оптимального проектирования режущей части являются величина и характер распределения силовых и тепловых нагрузок, направление схода стружки по передней поверхности и ряд других характеристик, связанных с процессами стружко-образования, тепловыделения и трения в зоне резания.

5. В работе предложены и исследованы две схемы образования стружки при несвободном резании: с единственной условной поверхностью сдвига и с развитыми зонами пластических деформаций. На основе первой схемы разработана методика определения начального угла схода стружки, а вторая дала возможность рассчитывать параметры распределения силовых контактных нагрузок.

6. Условная поверхность сдвига представляет собой линейчатую пространственную поверхность, проходящую через режущую кромку и наклоненную в направлении схода стружки под средним углом сдвига к основной плоскости. Предложенный подход позволяет осуществлять переход от схемы свободного резания с единственной условной плоскостью сдвига к схеме несвободного резания, и наоборот. Аналитическое описание границ и площадей проекций условной проекции сдвига как в общем случае, так и для конкретных форм режущей части в плане, позволяет решать ряд вопросов механики несвободного резания. Так отношение площадей проекций условной поверхности сдвига определяет угол начального схода стружки по передней поверхности инструмента , а на основе установления кинематических и динамических связей между поверхностью сдвига и пятном силового контакта разработана концепция расчета траектории движения стружки по передней поверхности и ее завивания .

7. Схема стружкообразования с развитой пластической деформацией построена на основе теории линий скольжения и состоит из зоны первичных пластических деформаций, прилегающей к свободной поверхности стружки и срезаемого слоя, и зоны вторичных деформаций, огибающей режущую кромку. Поля линий скольжения в обеих зонах позволяют определять компоненты напряжений в любой точке пластической области и на ее границах, в том числе рассчитывать контактные нагрузки.

8. Построение областей пластических деформаций при несвободном резании базируется на математическом описании пятна силового контакта стружки с передней поверхностью. Это позволило получить аналитические выражения для расчета нормальной и касательной сил на передней поверхности.

9. Установлена однозначная связь между составляющими силы резания и параметрами распределения контактных нагрузок при несвободном резании. Разработана методика расчета нагрузок по результатам измерения силы резания.

10. На основе проведенных в Главе 2 теоретических исследований и результатов расчетов разработана методика определения исходных данных для оптимизации как геометрических параметров, так и физико-механических свойств инструментального материала режущей части лезвийных инструментов.

11. Оптимизация формы и геометрии режущей части проведена раздельно для двух групп геометрических параметров: геометрии режущего клина в главной секущей плоскости и формы режущей части в плане. Для каждой из этих групп сформулирован свой комплексный критерий оптимальности.

12.Предложенная динамика взаимодействия между износом и контактными нагрузками выявила возможность построения профилей передней поверхности , отвечающих требованию равномерного изнашивания (самозатачивания) режущего клина.

13. Оптимизация формы режущего клина основана на следующем критерии прочности: радиальные напряжения в каждой точке передней поверхности должны быть постоянны и их величина не должна превышать предела прочности инструментального материала. Согласно этого условия была разработана методика определения оптимального значения переднего угла и формы равнопрочной передней поверхности при на-гружении режущего клина сосредоточенными силами и распределенными контактными нагрузками.

14. На основе теории упругости предложена методика оптимизации профиля передней поверхности в зоне ее взаимодействия со стружкой, обеспечивающая формоустойчивость режущей кромки. Проведена также оптимизация параметров упрочняющей фаски и радиуса округления режущего лезвия.

15. Для геометрических параметров режущей части в плане установлен следующий критерий оптимальности, обеспечивающий равномерный износ задних поверхностей инструмента: начальный сход стружки должен происходить по направлению средней нормали к активному участку режущей кромки. На основе этого положения проведена оптимизация углов в плане для частных видов режущей части инструмента. Управляющим параметром здесь служит угол наклона главной режущей кромки.

16. На основе теории упругости анизотропных тел осуществлена оптимизация распределения свойств инструментального материала режущего клина по целевой функции прочности. Путем изменения модуля упругости получены оптимальные проекты сочетания в режущей части различных материалов, обеспечивающие равнопрочность режущего клина. Установлены оптимальные значения углов раздела клина для двух- и трехклинной анизотропии.

17. Решена задача термоупругости как для изотропной, так и анизотропной режущей части, с помощью которой установлено, что нагрев передней поверхности в процессе резания снижает напряженное состояние в клине.

18. Проведена одновременная оптимизация свойств инструментального материала по двум полярным координатам, что позволило построить равнопрочные проекты путем расчета границ раздела слоев с разными модулями упругости. При этом рассмотрено нагружение как сосредоточенными силами резания , так и контактными нагрузками . Введен также дополнительный критерий оптимальности проекта анизотропной режущей части по экономическим показателям.

19. На основе расчета остаточных термоупругих напряжений установлены диапазоны отсутствия трещин при изготовлении композиционных режущих пластин.

20. На базе разработанных методик оптимизации создана система автоматизированного проектирования токарных инструментов со сменными многогранными пластинами, отличающаяся от существующих наличием блоков оптимизации и новым математическим обеспечением. Система внедрена на АООТ "Юргинский машиностроительный завод" с ожидаемым экономическим эффектом за счет экономии времени на конструкторские разработки около 23 тыс. деноминированных руб. в год.

21. Исследованы режущие свойства композиционных СМП из То-мала-10 при обработке серого чугуна и закаленной стали. За счет значительно большей стойкости по сравнению с твердым сплавом, возможности применения при получистовой обработке и прерывистом резании, замены шлифования и других преимуществ Томала-10 его внедрение на АООТ "Юргинский машиностроительный завод" дало экономический эффект в сопоставимых ценах в размере 250 тыс. руб. в год.

22. Разработана технология получения композиционных заготовок СМП из различных материалов, дающая возможность реализовать предложенные оптимальные проекты армирования режущей части. Данная технология прошла экспериментальную отработку, в результате чего выявлены перспективные композиции материала СМП.

Все вышеизложенное позволяет утверждать, что создано новое научное направление — оптимальное проектирование формы и материала режущей части инструмента на основе изучения закономерностей процесса резания.

Направления дальнейшей работы:

1. Предложенную в данной работе схему образования стружки с единственной поверхностью сдвига в случае использования ее для целей, не связанных с оптимизацией формы режущей части, необходимо уточнить, введя в рассмотрение связь между углом сдвига и толщиной стружки, так как последняя изменяется в зависимости от положения точки режущей кромки относительно срезаемого слоя.

2. Так как режущее лезвие всегда имеет некоторое округление и заторможенный прирезцовый слой обрабатываемого материала образует застойную зону или нарост, то необходимо основное внимание уделять разработке схемы стружкообразования с развитыми зонами пластических деформаций согласно рис. 2.27.

3. Требует более глубокой проработки критерий наименьшего износа режущей части, который является лимитирующим для большинства инструментов. Здесь следует развивать предложенную в п. 3.1 методику расчета топографии износа и оперировать относительными критериями, например, условием равномерного изнашивания или условием самозатачивания режущего лезвия. В случае результативного выхода необходимо накладывать оптимальные по износостойкости проекты режущей части на полученные в Главе 4 оптимальные по прочности проекты и таким образом получать одновременно высокую прочность и стойкость режущей части.

4. В работе мало уделено внимания оптимальности стружкозави-вающих и стружколомающих элементов режущей части, хотя автор в ряде своих работ [71, 72, 83] касался этой проблемы. Ее решение зависит от того, как скоро предложенная в п. 2.1.2 концепция определения траектории движения стружки по передней поверхности преобразуется в расчетную методику и подтвердится экспериментально.

5. Необходимо продолжить опытно-экспериментальные исследования по отработке технологии производства объемно-анизотропных режущих пластин, сочетающих в себе все положительные качества инструмента при одновременной существенной экономии инструментальных материалов.

В заключение автор приносит благодарность научной школе резания металлов МГТУ им. Н.Э. Баумана за становление научных взглядов автора, коллективам кафедр ТМС и МСИ (КузПИ), ТМРИ и АРМ (ТПУ) и особенно технологии машиностроения Филиала ТПУ в г. Юрге за разнообразную и всестороннюю помощь в выполнении данной диссертационной работы.

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Петрушин, Сергей Иванович, 1998 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Абуладзе Н.Г. Определение длины контакта сливной стружки с передней поверхностью инструмента // Труды Грузинского политехи, ин-та. - 1969. -№3. -С. 131 -137.

2. Автоматизированное проектирование металлорежущего инструмента / Под ред. В.А. Гречишникова. - М.: Мосстанкин, 1984. - 109 с.

3. Пат. 5139372 США МКИ В 27/20. Алмазная режущая пластина // РЖ Резание материалов, станки и инструменты. - 1996. - №3. - С. 12.

4. Арман Ж.Л. Приложение теории оптимального управления системами с распределенными параметрами к задачам оптимизации конструкций. - М.: Мир, 1977. - 142 с.

5. Армарего И.Дж.А., Браун Р.Х. Обработка металлов резанием. - М.: Машиностроение, 1977. - 325 с.

6. Ашкенази Е.К., Ганов Э.В. Анизотропия конструкционных материалов: Справочник. - Л.: Машиностроение, 1980. - 247 с.

7. Баничук Н.В. Оптимизация анизотропных свойств деформируемых сред в плоских задачах теории упругости // Известия АН СССР. МТТ. - 1979. - №1. - С.71-77.

8. Баничук Н.В. Оптимизация формы упругих тел. - М.: Наука, 1980. - 145 с.

9. Баничук Н.В., Кобелев В.В., Рикардс Р.Б. Оптимизация элементов конструкций из композитных материалов. - М.: Машиностроение, 1988. -294 с.

10. Беллман Р. Динамическое программирование: Пер. с англ. -М.: И.Л., 1960.-236 с.

11. Бетанели А.И. Прочность и надежность режущего инструмента. - Тбилиси: Сабчота сакартвело, 1973. - 172 с.

12.Биргер И.А. Остаточные напряжения. - М.: Машгиз, 1963. -

232 с.

13. Блох JI.С. Практическая номография. - М.: Высшая школа, 1971.-328 с.

14. Бобров В.Ф. Влияние угла наклона главной режущей кромки инструмента на процесс резания металлов. - М.: Машгиз, 1962. - 152 с.

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

16. Бобрович И.М., Петрушин С.И., Реутов И.А. О компьютерном моделировании равнопрочного профиля передней поверхности многогранных пластин // Тезисы докладов 9-й научной конференции филиала ТПУ в г. Юрге. - Юрга, 1996. - С. 29.

17. Болотин В.В. Плоская задача теории упругости для деталей из армированных материалов // Расчеты на прочность. - (М.). - 1966, Вып. 12. - С.30-31.

18. Болотин В.В., Новиков Ю.Н. Механика многослойных конструкций. - М.: Машиностроение, 1980. - 375 с.

19. Боровский Г.В. Высокопроизводительный лезвийный инструмент из сверхтвердых материалов и его применение (зарубежный опыт) // Технол., оборуд., орг. и экон. машиностр. пр-ва: Обзор, информ. / ВНИИТЭМР - М., 1988. - 56 с. - (Вып. 2).

20. Брызгалин Г.И. Проектирование деталей из композиционных материалов волокновой структуры. - М.: Машиностроение, 1982. - 84 с.

21. Верещака A.C. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями. - М.: Машиностроение, 1993. - 336 с.

22. Грановский Г.И. Кинематика резания. - М.: Машгиз, 1948. -

200 с.

23. Грановский Г.И., Грановский В.Г. Резание металлов. - М.: Высшая школа, 1985. - 304 с.

24. Гречишников В.А., Малыгин В.И., Перфильев П.В. Оценка динамической точности настройки сборного инструмента на стадии проектирования // Вестник машиностроения. - 1996. - №6. - С. 24-27.

25. Гречишников В.А., Щербаков В.Н. Подсистема автоматизированного проектирования режущих инструментов // Станки и инструмент. - 1987. - №1.- С. 17-18.

26. Гринев В.Б., Филиппов А.П. Оптимизация элементов конструкций по механическим характеристикам. - Киев: Наукова думка, 1975.- 178 с.

27. Даниелян A.M. Теплота и износ инструментов в процессе резания металлов. - М.: Машгиз, 1954 - 275 с.

28. Дарков A.B., Шпиро Г.С. Сопротивление материалов. - М.: Высшая школа. - 624 с.

29. Двухслойные сменные многогранные пластины Том ал-10 — качественно новая группа инструментальных материалов: Рекламный материал // Вестник машиностроения. - 1990. - №1. - С.80.

30. Дель Г.Д. Технологическая механика. - М.: Машиностроение, 1978.- 174 с.

31. Зверев Е.К. Влияние геометрии и профиля режущей кромки резца на скорость резания II Вестник металлопромышленности. - 1940. -№ 11-12. - С. 35 - 44.

32. Зверев Е.К. Оптимальная геометрия резцов. - М.: Оргинфор-мация, 1935. - 32 с.-(№11).

33. Зленко Н.И., Семенцов В.И., Князев П.В. Работоспособность пластин из Томала-10 при обработке чугуна // Станки и инструмент.-1990. -№10. -С23-26.

34. Зорев H.H. Вопросы механики процесса резания металлов. -М.: Машгиз, 1956. - 368 с.

35. Зорев H.H. Исследование элементов механики процесса резания. - М.: Машгиз, 1952. - 363 с.

36. Зырянов Е.В., Шарин Ю.С. Выбор твердых сплавов для режущих пластин // Машиностритель. - 1985. - №10. - С. 19-20.

37. Зырянов Е.В., Шарим Ю.С. Трехслойные режущие пластины // Станки и инструмент - 1986. - №4. - С.16-17.

38. Ионная имплантация: Пер. с англ. / Под ред. Дж.К. Хирвони-на. - М.: Металлургия, 1985. - 392 с.

39. Кабалдин Ю.Г. Принципы конструирования композиционных и инструментальных материалов с повышенной работоспособно-сью. -Владивосток: Изд. ин-та машиновед, и металлургии, 1990. - 58 с.

40. Клушин М.И. Резание металлов. - М.: Машгиз, 1958. - 454 с.

41. Верещагин В.А., Журавлев В.В. Композиционные алмазосодержащие материалы и покрытия. - Минск: Наука и техника, 1991. -208 с.

42.Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов B.C. Основы расчетов на трение и износ. - М.: Машиностроение, 1977. - 526 с.

43. Краснов M.JL, Макаренко Г.И., Киселев А.И. Вариационное исчисление. - М.: Наука, 1973. - 190 с.

44. Креймер Г.С. Прочность твердых сплавов. - М.: Металлургия, 1971.-248 с.

45. Кристенсен Р. Введение в механику композитов. - М.: Мир, 1982.- 334 с.

46. Куфарев Г.Л. Теоретические основы управления формой стружки и создания гаммы резцов для точения пластических металлов и сплавов на станках с ЧПУ: Автореф. дисс ... докт. техн. наук. - Тбилиси, 1985. - 31 с.

47. Куфарев Г.Л. Теория завивания стружки // Перспективы развития резания конструкционных материалов. - М.: Изд. ЦПНТО Машпром, 1980.-С.116-121.

48. Куфарев Г.Л., Окенов К.Б., Говорухин В.А. Стружкообразо-вание и качество обработанной поверхности при несвободном резании. - Фрунзе: Мектеп, 1970. - 170 с.

49. Кушнер B.C. Термомеханическая теория процесса непрерывного резания пластичных материалов. - Иркутск: Ирк. ун-т, 1982. -

180 с.

50. Ларин М.Н. Оптимальные геометрические параметры режущей части инструментов. - М.: Оборонгиз, 1953. - 147с.

51. Лашнев С.И., Юликов И.И. Проектирование режущей части инструмента с применением ЭВМ. - М.: Машиностроение, 1980. - 208 с.

52. Леванов А.Н. Контактное трение в процессах обработки металлов давлением. - М.: Металлургия, 1976. - 416 с.

53. Лехницкий С.Г. Радиальное распределение напряжений в клине и полуплоскости с переменным модулем упругости // ПММ. -1962.-Т.26, Вып. 1. - С. 88-91.

54. Лехницкий С.Г. Теория упругости анизотропного тела. - М.: Наука, 1977. -416 с,

55. Лоладзе Т.Н. Износ режущего инструмента. - М.: Машгиз, 1953. - 355 с.

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

57. Ломакин В.А. Теория упругости неоднородных тел. - М.: Моск. университет, 1976. - 368 с.

58. Макаров А.Д. Износ и стойкость режущих инструментов. -М.: Машиностроение, 1966. - 263 с.

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

60. Макклинток Ф. Пластические аспекты разрушения // Разрушение: В 7т. - М.: Мир, 1976. - Т.З. - С.67-272.

61. Макушок Е.М. Новые методы исследования процессов обработки металлов давлением. - Минск: Наука и техника, 1973. - 296 с.

62. Математическая энциклопедия: В 4 т. - М .: Советская энциклопедия, 1972. - Т.З. -1184 с.

63. Методические положения по лабораторным испытаниям инструмента, оснащенного синтетическими сверхтвердыми материалами и режущей керамикой. - М.: НИИТАВТОПРОМ, 1987. - 32 с.

64. Московская И.Н. Режущие сменные многогранные пластины: Альбом. - М.: ВНИИТЭМР, 1991. - 176 с.

65.Никитин H.H. Курс теоретической механики. - М.: Высшая школа, 1990. - 607 с.

66. Остафьев В. А. Расчет динамической прочности режущего инструмента. - М.: Машиностроение, 1979. - 168 с.

67. Переверзев Л.С., Колено В.И. Обработка закаленных сталей инструментом из сверхтвердых материалов на основе кубического нитрида бора // Технология и организация производства. - 1992. - №1. -С.26

68. Петрушин С.И., Зверев Е.К. Взаимосвязь между силой резания и контактными напряжениями при продольном точении // Повышение технологической надежности механической обработки металлов: Сб. науч. трудов - Кемерово, 1977. - С. 120-123.

69. Петрушин С.И., Воробьев А.Ю. О точности обработки деталей резцами // Изв вузов. Машиностроение. - 1977. - №2. - С. 138-141.

70. Петрушин С.И. Расчет геометрических параметров резцов с многогранными пластинами // Изв. вузов. Машиностроение, - 1978. -№1. - С. 166-172.

71. Петрушин С.И. Исследование режущих свойств резцов с многогранными пластинами при обработке серого чугуна. Дисс ... канд. техн. наук. - М., 1979. - 149 с.

72. Петрушин С.И. Критерии оптимальности геометрических параметров лезвийных инструментов // Механизация и автоматизация

ручных и трудоемких операций в промышленности Кузбасса: Тезисы докл. научно-практ. конф. - Кемерово, 1982. - С. 105-107.

73. Петрушин С.И. Оптимальное проектирование режущей части лезвийных инструментов // Деп. рук. ВНИИТЭМР. - 1985. - № 6МШ-

85. - 82 с.

74. Петрушин С.И. Определение напряжений в зоне стружкооб-разования методом линий скольжения с учетом контактных нагрузок // Изв вузов. Машиностроение, - 1987. - №3. - С. 117-120.

75. Петрушин С.И. Проектирование режущей части в условиях дефицита инструментального материала // Механообработка-88: Тезисы докладов Всесоюзной конференции. - М., 1988. - С.46.

76.Петрушин С.И. Проектирование режущей части инструментов из композиционных материалов // СТИН. - 1997. - № 2. - С. 26-29.

77. Петрушин С.И. Математическое обеспечение САПР режущих инструментов с многогранными пластинами // Изв вузов. Машиностроение. - 1989. - №3. - С.126-128.

78. Петрушин С.И., Ретюнский О.Ю., Чурбанов А.П. Эффективность применения двухслойных режущих пластин из Томала-10 // СТИН. - 1995. - №2. - С. 13-15.

79. Петрушин С.И. Оптимизация формы режущего клина лезвийных инструментов // Вестник машиностроения. - 1995. - №2. - С. 25-28.

80. Петрушин С.И., Ретюнский О.Ю. Определение условий отсутствия трещин при спекании двухслойных СМП // Композиты - в народное хозяйство России: Тезисы докладов международной конференции КОМПОЗИТ-85 - Барнаул, 1995. - С. 31-32.

81. Петрушин С.И. Схема образования стружки с развитой зоной пластических деформаций при несвободном резании металлов // Сб. трудов и тезисов 8-й научной конференции филиала ТПУ в г. Юрге. -Юрга, 1995. - С. 66-68.

82. Петрушин С.И. Механика несвободного резания пластичных материалов // Деп. рук. ВИНИТИ. - 1996. - № 2343-В96. - 106с.

83. Петрушин С.И. Концепция определения траектории движения стружки по передней поверхности режущего инструмента // Тезисы докладов 9-й научной конференции филиала ТПУ в г. Юрге. - Юрга, 1996.- С. 22.

84. Петрушин С.И. Переход от схемы свободного к схеме несвободного резания металлов // Тезисы докладов 9-й научной конференции филиала ТПУ в г. Юрге. - Юрга, 1996. - С. 33-34.

85. Петрушин С.И. Преобразование станочных координат в инструментальные и обратно // Тезисы докладов 9-й научной конференции филиала ТПУ в г. Юрге. - Юрга, 1996. - С. 46.

86. Петрушин С.И. Равнопрочность режущего лезвия // Сб. трудов X - й научной конференции филиала ТПУ в г. Юрге. - Юрга, 1997. -С. 45 - 48.

87. Петрушин С.И. Схема образования стружки округленным режущим лезвием // Сб. трудов X - й научной конференции филиала ТПУ в г. Юрге. - Юрга, 1997. - С. 53 - 54.

88. Петрушин С.И. Термоупругость режущего клина, нагруженного силой резания и точечным тепловым источником. // Сб. трудов X - й научной конференции филиала ТПУ в г. Юрге. - Юрга, 1997. - С. 55 -57.

89. Петрушин С.И. Направление схода стружки и оптимальность геометрии режущей части инструментов в плане // Вестник машиностроения. - 1997. - № 11. - С. 26 - 29.

90. Подураев В.Н. Автоматически регулируемые и комбинированные процессы резания. - М.: Машиностроение, 1977. - 303 с.

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

92. Полетика М.Ф. Теория обработки резанием. - Томск: Томск политехи, ин-г, 1975. - 101 с.

93. Полетика М.Ф., Бутенко В.А., Козлов В.Н. Механика контактного взаимодействия инструмента со стружкой и заготовкой в связи с его прочностью // Исследование процесса резания и режущих инструментов: Сб. статей. - Томск:, 1984. - С. 3-31.

94. Понтрягин JI.C., Болтянский В.К., Гармкелидзе Р.В. Математическая теория оптимальных процессов. - М.: Наука, 1969. - 366 с.

95. Прагер В. Основы теории оптимального проектирования кон-струкий. - М.: Мир, 1977. - 111 с.

96.Проников A.C. Надежность машин. - М.: Машиностроение. -1978.-292 с.

97. Прочность тугоплавких соединений и материалов на их основе: Справочник. / Под ред. P.A. Андриевского. - Челябинск: Металлургия, 1989. - 368 с.

98. Разработка мероприятий по повышению обрабатываемости чугунных отливок барабана крана КС-4361А: Отчет о НИР / ТПУ; Руководитель СИ. Петрушин. - ЮФ-2/95; № ГР 0190028404; Инв. № 003700012. - Томск, 1992. - 139 с.

99. Раковский B.C., Саклинский В.В. Порошковая металлургия в машиностроении: Справочное пособие. - М.: Машиностроение, 1972. -126 с.

100. Расчеты экономической эффективности новой техники: Справочник / Под ред. K.M. Великанова. - Л.: Машиностроение, 1990. -448 с.

101. Рейтман И.И., Шапиро Г.С. Методы оптимального проектирования деформируемых тел. - М.: Наука, 1976. - 258 с.

102. Пат. 5405711 США, МКИ6 В32 В18/00. Режущая пластина. Заявл. 20.9.93; Опубл 11.4.95 // РЖ Резание материалов, станки и инструменты. - 1997. - №10. - С.ЗЗ.

103. Резников А.Н. Теплофизика процессов механической обработки материалов. - М.: Машиностроение, 1981. - 279 с.

104. Родин П.Р., Раевская Н.С., Лапин Д.В. Проектирование резцов с механическим креплением многогранных неперетачиваемых пластин // Резание и инструмент: Сб статей (Харьков). - 1988.- №39. -С. 3-7.

105. Розенберг A.M., Еремин А.Н. Элементы теории процесса резания металлов. - М.- Свердловск: Машгиз, 1956. - 300 с.

106. Розенберг A.M., Розенберг Ю.А. Механика пластического деформирования в процессах резания и деформирующего протягивания. - Киев: Наукова думка, 1990. - 320 с.

107. Русские ученые — основоположники науки о резании металлов / Под ред. Г.И. Грановского. - М.: Машгиз, 1952. - 418 с.

108. Седов Л.И. Механика сплошной среды: В 3 т. - М.: Наука, 1976.-Т.1.- 536 с.

109. Силин С.С. Метод подобия при резании металлов. - М.: Машиностроение, 1979. - 152 с.

110. Силы резания и методы их определения: Учеб. пособие / Под ред. Ю.А. Розенберга. - Курган. :Изд-во КМИ, 1995. - 129 с.

111. Синицин Б.И. Оптимизация конструкций металлорежущих инструментов при автоматическом проектировании. - Минск: Изд. ИТК АН БССР, 1969. - 76 с.

112. Синопальников В.А., Еременко И.В. Диагностика процесса резания и инструмента: Уч. пособие. - М.: Изд-во Мосстанкина, 1991. -129 с.

113. Системный анализ в экономике и организации производства. / С.А. Валуев, В.Н. Волкова, А.П. Градов и др.; Под ред. С.А. Валуева. - Л.: Политехника, 1991. - 398 с.

114. Справочник инструментальщика / Под ред. И.А. Ординарце-ва. - Л.: Машиностроение, 1987. - 846 с.

115. Старков В.К. Дислокационные представления о резании металлов. - М.: Машиностроение, 1979. - 160 с.

116. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. - М.: Машиностроение, 1977. - 423 с.

117. Талантов Н.В. Физические основы процесса резания, изнашивания и разрушения инструмента. - М.: Машиностроение, 1991. -240 с.

118. Фейлор Ф. Искусство резания металлов. - С.-Пб, 1905.-169 с.

119. Термическая усталость материалов в условиях неоднородного термонапряженного состояния / Под ред. Г.Н.Третьяченко. -Киев: Наукова думка, 1985. - 280 с.

120. И.А. Биргер, Б.Ф. Шор Термопрочность деталей машин. -М.: Машиностроение, 1975. - 355 с.

121. Тимощенко В.А. Стружкообразование при точении вязких материалов // СТИН. - 1995. - №2. - С. 28-31.

122. Тимощенко В.А., Голдыш Е.В., Тимощенко A.B. Избирательное нанесение упрочняющих покрытий на режущий инструмент //СТИН. - 1995. -№11. - С. 20-22.

123. Троицкий В.А., Петухов Л.В. Оптимизация формы упругих тел. - М.: Наука, 1982. - 432 с.

124. Тугоплавкие материалы в машиностроении: Справочник. / Под ред. К. И. Портного. - М.: Машиностроение, 1967. - 392 с.

125. Уайлд Д.Т. Оптимальное проектирование. - М.: Мир, 1981. -

272 с.

126. Ушаков Б.Н., Фролов И.П. Напряжения в композиционных конструкциях. - М.: Машиностроение, 1979. - 134 с.

127. Физическая мезомехаиика и компьютерное конструирование материалов: В 2т. / Под ред. В. Е. Панкина. - Новосибирск: Наука, 1995.-Т.1. -298 с.

128. Хает Г.Л. Прочность режущего инструмента. - М.: Машиностроение, 1975. - 168 с.

129. Хает Г.Л., Коткин Г.Г. Многокритериальная опимизация параметров инструмента и режимов его эксплуатации // Станки и инструмент. - 1988. - №6. - С. 21-23.

130. Шелковой А.Н. Оптимизация режущего клина методом теории подобия // Вест. Харьковского полит, и-та. - 1984. - №208. - С. 6162.

131. Шермергор Т.Д. Теория упругости микронеоднородных сред. - М.: Машиностроение, 1977. - 400 с.

132.Шульц В.В. Формы естественного износа деталей и инструмента. - Л.: Машиностроение, 1990. - 208 с.

133. Юликов М.И., Горбунов Б.И., Колесов Н.В. Проектирование и производство режущего инструмента. - М.: Машиностроение, 1987.-296 с.

134. Advanced ceramic materials for metal cut tun. / T.B. Troczynski, D. Ghoch, S.Dos. Custa, J.K. Jarobs // Proc. Int. Sump. Adv. Struct. Mater., Montreol. Aug. 28-31, 1988 - New York etc., 1989 - P.157-168.

135. A.X. Xiaoh., H.S. Jong. Effect of rohisker opientution on toughening benariour and cutting performance of SiSw-АЬОз composite // Mater. Sci. and Technol. - 1992. - У. 9, №2. - P.21-25.

136. Die Fertigung von Wenderschneidplatten und Sonderwerkzengen mit CAD/CAM - Sistem / Bispung R. // Werstottstechnik. - 1991. - Bd 81. №4. - S.203-207.

137.Coromant Turning Tools 93/94: Catalogue.- Sandviken: AB Sandvik Coromant, 1993.- 576 p.

138.Coromant Rotating Tools 94/95: Catalogue. - Sandviken: AB Sandvik Coromant, 1994.- 584 p.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Преобразование координат при переходе от станочных координат к инструментальным и обратно

Определим формулы перехода от системы координат xyz, связанной с обрабатываемой деталью (станочные координаты), к системе x'y'z', в которой передняя плоскость режущей части совпадает с плоскостью х'Оу' (инструментальные координаты). Особенностью этого перехода является то, что поворот передней поверхности происходит следующим образом: поворот в вертикальной плоскости , отстоящей от

оси Ох на угол ф, на угол X и поворот в главной секущей плоскости на угол у . То есть система X'y'z' как бы "вморожена" в переднюю плоскость. Тогда имеем следующие координаты направляющего вектора áj главной режущей кромки в системе xyz

а, = cosX• соэф• i -i-cos^-sii^-j + sinA,-k.

То же в системе x'y'z'

а, = СОБф • i ' + БШф • j'.

Направляющий вектор а2 линии пересечения главной секущей и

передней поверхностей в системе xyz

_—». —>

а2 = cosy • 8Шф • i - cosy cosф • j + sin у • k,

то же в системе x'y'z': а2 = sin ф • i' - COS ф • jЗдесь знак угла у

принят в соответствии с его определением.

Определим направляющие косинусы оси Ох' относительно системы координат xyz, которые обозначим следующим образом

а = cosa -i+cosa -j + cosa -k.

3 x y J z

Для этого рассмотрим три условия:

- условие 1 - угол между векторами иОх' равен ф;

- условие 2 - векторы а,, а2и аз компланарны (рис. П1)

cosax cosay cosaz

соэХ-соэф соз^-Бтф sinX

COS Y-SÍI1 ф —COSy 'СОБф siny

0:

Рис. П1. Положение векторов в плоскости передней поверхности

- условие 3 получим из АОАВ , где:

COS ZABO = COS(ájЛ, а2) = sin X • sin у ;

ZABO =n-arccos(sin X • siny);

ZO AB = arccos(sin X • sin y) - ф;

cos ZABO = cos(a2 A, a3).

Отсюда имеем систему трех уравнений:

cosXa^cosax +cos^sk^cosay +sinXcosaz =со8ф; (cos X sin y sin ф + sin X cos у cos ф) cos a x -

(cos X sin у cos ф - sin X cos у sin ф) cos a y -

- cos X cos у cos a z =0

cosy sü^cosax -с08ус08фс08ау 4-sinycosaz = 8т^8тусо8ф + л/1-8т2 Xsin2 у -зтф,

решение которой дает

cosav = cosacos2 ф +

х (П.1)

+ sin ф(cos у sin ф - cos a cos ц/ cos ф) / sin cosa =cosA,cos9sin9-

(П.2)

- sin ф(С08 у COS ф + COS X COS sin ф) / sin Щ

cosaz = sin Xcosy + cos2 X sin y sin(p/ sin ц), (П.З)

где ц/ = arccos(sin X • sin у).

Определим далее направляющие косинусы оси Оу'

—► —►

а. = cospx • i + cospy • j +cospz -k.

Первое условие - угол между векторами а}и а4 равен 0,5тг — ф (см. рис. П1). Второе условие остается без изменений. Третье дает

cos(a2 А, а4) = 8ш[ф - arccos(sin X • sin у)].

Имеем следующую исходную систему уравнений:

с osA,cos ф cosРх + cos X sinф cos ру +sin^cosPz =со8ф; (cos X sin y sin ф + sin X COS y COS ф) COS рх --(cos X sin y COS ф - sin X COS y sin ф) COS ру -

- cos A, cos у cos pz =0;

cosy sn^cosPx -cos у cos ф cos py +sinycosPz =

= COS V|/ sin ф - sin Ц/ COS Ф,

(П.4)

(П.5)

которая имеет решение

cosPx =cosXcosq>sin(p-- cos (p(cos у sin ф - cos X COS Vj/ COS ф) / sin Щ

COS Py = COS X sin2 ф + + cos 9(cosу cosф + cos X cos v sin ф) / sin \j/;

cospz = sinA,sm^-cos2Xsinya^/sini|/. (П.6)

—► —*■ ■■—►

Направляющей косинусы оси Oz' = COS у x • i + COS у • j +

+ COSy z • k определятся векторным произведением Oz' = á2 xa,, откуда

cosyx = -(cos X sin y sin ф + sinocos y COS ф); (П.7)

cos у = cos X sin y cos ф - sin X cos y sin ф; (П.8)

cosyz = cos^cosy. (П.9)

Таким образом, зная направляющие косинусы осей координат x'y'z' относительно xyz из (П.1)...(П.9), можно выразить новые координаты через старые:

х' = cosax -x + cosay -y + cosocz z; y' = cosPx -x + cosPy -y-i-cosPz z; (пло)

z' = cosyx -X4-C0Syy -y + cosyz z, а также старые координаты через новые

x = cosax -x' + cosPx -y' + cosyx z'; y = cosay -x' + cosPy • y'+ cosyy z'; (ПЛ1)

z = cosaz -x' + cospz -y' + cosyz -z\

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Резец сборный проходной с механическим креплением пластины квадратной формы из Томала-10

и в*

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Резец сборный проходной упорный с механическим креплением пластины трехгранной формы из Томала-10