Главная » 2014 » Август » 4 » Скачать Влияние деформирования срезаемого слоя на нагружение и работоспособность инструмента при точении на станках с ЧПУ. Путилова, бесплатно
10:52 PM
Скачать Влияние деформирования срезаемого слоя на нагружение и работоспособность инструмента при точении на станках с ЧПУ. Путилова, бесплатно
Влияние деформирования срезаемого слоя на нагружение и работоспособность инструмента при точении на станках с ЧПУ
Диссертация
Автор: Путилова, Ульяна Сергеевна
Название: Влияние деформирования срезаемого слоя на нагружение и работоспособность инструмента при точении на станках с ЧПУ
Справка: Путилова, Ульяна Сергеевна. Влияние деформирования срезаемого слоя на нагружение и работоспособность инструмента при точении на станках с ЧПУ : диссертация кандидата технических наук : 05.03.01 / Путилова Ульяна Сергеевна; [Место защиты: Тюмен. гос. нефтегаз. ун-т] - Тюмень, 2009 - Количество страниц: 182 с. ил. Тюмень, 2009 182 c. :
Объем: 182 стр.
Информация: Тюмень, 2009
Содержание:
ВВЕДЕНИЕ
1 ПРОБЛЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ИНСТРУМЕНТА ПРИ ТОЧЕНИИ ЖАРОПРОЧНЫХ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ НА СТАНКАХ С ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
11 Накопление повреждений и разрушение режущей части инструмента при точении жаропрочных сталей и сплавов на станках с ЧПУ
12 Работоспособность режущего инструмента при его недостаточной прочности в условиях точения высокопрочных труднообрабатываемых материалов
13 Системы управления процессом резания и их эффективность при точении на станках с ЧПУ
14 Проблемы, состояние вопроса и задачи исследования
2 РАЗРУШЕНИЯ ЛЕЗВИЙ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА, ИХ ДИАГНОСТИКА И ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ
21 Повреждения и геометрические изменения режущей части инструмента при точении жаропрочных сталей и сплавов
22 Система лазерного сканирования повреждений лезвий режущего инструмента
23 Формирование геометрической модели разрушений лезвий режущего инструмента
24 Выводы по разделу
3 ДЕФОРМИРОВАНИЕ СРЕЗАЕМОГО СЛОЯ И НАГРУЖЕНИЕ ЛЕЗВИЙ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА ПРИ ТОЧЕНИИ ЖАРОПРОЧНЫХ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ
31 Деформирование срезаемого слоя при переходе от сливной к образованию суставчатой и элементной стружек
32 Соотношения кинематических и силовых параметров нагружения зоны резания при точении
33 Формирование модели контактных нагрузок на лезвиях инструмента в процессе точения с образованием суставчатой стружки
34 Выводы по разделу
4 ЦИКЛИЧЕСКОЕ НАГРУЖЕНИЕ ЛЕЗВИЙ И НАКОПЛЕНИЕ
ПОВРЕЖДЕНИЙ В ТВЕРДОСПЛАВНОМ РЕЖУЩЕМ
ИНСТРУМЕНТЕ
41 Напряжения в лезвии режущего инструмента и критерии его прочности при циклическом нагружении
42 Формирование алгоритмов определения накопления повреждений режущего инструмента при переменных нагрузках
43 Оценка работоспособности твердосплавного инструмента при точении жаропрочных сталей и сплавов
44 Выводы по разделу
5 ПОВЫШЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ИНСТРУМЕНТА ПРИ
УПРАВЛЕНИИ ОБРАБОТКОЙ НА СТАНКАХ С ЧПУ
51 Управление режимами резания и деформированием срезаемого слоя со стабилизацией контактных нагрузок при точении на станках с ЧПУ
52 Разработка и реализация рациональных схем и параметров нагружения конструкций сборного инструмента
53 Синтез структуры программного обеспечения, алгоритмов и интерфейса оператора при управлении обработкой от PCNC
54 Выводы по разделу
Введение:
Точение жаропрочных сталей и сплавов на станках с числовым программным управлением (ЧПУ) сопровождается, как правило, увеличением контактных нагрузок и разрушениями режущего инструмента. Преимущественным видом отказов твердосплавного инструмента при этом становится разрушение его режущих лезвий, что приводит к существенному увеличению трудоемкости обработки, к повышенным инструментальным расходам, а также к потерям по браку и простоям дорогостоящего автоматизированного технологического оборудования с ЧПУ.
Изменение характера деформирования срезаемого слоя при переходе от образования сливной к образованию суставчатой стружки в процессе точения жаропрочных сталей и сплавов сопровождается резким увеличением величин контактных напряжений и температур, что в результате приводит к накоплению повреждений в виде выкрашиваний, микро- и макросколов лезвий твердосплавного режущего инструмента. При этом в отличие от условий изнашивания инструмента с образованием лунки и фаски износа, оценка повреждений режущих лезвий с позиции теории прочности, требующая знания величин объема и образующейся площади поврежденной поверхности для определения энергии разрушения твердосплавного инструмента, затруднена отсутствием устройств и методов измерения системы геометрических параметров, необходимых при определении удельной работы и интенсивности разрушений инструментальных твердых сплавов.
Обеспечение эффективности обработки жаропрочных сталей и сплавов в этих условиях обуславливает необходимость рационального нагружения режущих лезвий контактными нагрузкам, которое в свою очередь, предопределяет использование управления процессами резания. При этом возникает необходимость разработки моделей и алгоритмов управления режимами резания в специфических условиях точения на станках с программным управлением. Точение жаропрочных сталей и сплавов в условиях нестационарного резания обуславливает необходимость разработки алгоритмов диагностики деформационных процессов и управления режимами резания с оперативным вводом соответствующих коррекций, реализация которых принципиально может быть обеспечена с использованием современных систем ЧПУ класса PCNC.
Цель работы. Повышение эффективности использования режущего инструмента на основе диагностики деформационных процессов в зоне резания и управления обработкой при точении жаропрочных сталей и сплавов на станках с ЧПУ.
Объектом исследований является накопление повреждений лезвий инструмента в процессе нестационарного резания при точении жаропрочных сталей и сплавов на станках с числовым программным управлением.
Предметом исследования является разрушение режущих лезвий и изменение их геометрических параметров, деформирование срезаемого слоя при точении жаропрочных сталей и сплавов, нагружение инструмента в процессе резания силовыми и температурными контактными нагрузками, а также формирование алгоритма управления и оперативный ввод коррекций в процесс обработки на станках с ЧПУ.
Методы исследования. При выполнении работы использованы основные положения, методология и методы технологии машиностроения, теории резания и теории автоматического управления, теории конечных пластических деформаций, теории прочности, фрактографии и механики разрушений, вычислительной математики, компьютерного моделирования и программирования, математической обработки результатов экспериментов.
Научная новизна.
1. Установлено, что при точении жаропрочных сталей и сплавов с переходом от образования сливной к образованию суставчатой стружки изменяется характер повреждений и преобладающим видом отказов твердосплавного инструмента вместо изнашивания становятся микро- и макровыкрашивания, проявляющиеся в виде множественных усталостных и смешанных 5 разрушений режущих лезвий. С использованием разработанной установки и метода лазерного сканирования в результате проведенных исследований получена модель формирования повреждений режущих лезвий и геометрических параметров — площади и объема повреждений, что позволяет определять интенсивность и энергию разрушений лезвийного твердосплавного инструмента в процессе точения жаропрочных сталей и сплавов.
2. С использованием положений теории конечных пластических деформаций научно обоснована, выдвинута и подтверждена результатами экспериментальных исследований гипотеза об условиях перехода от образования сливной к образованию суставчатой стружки при достижении конечных пластических деформаций удлинения в направлении формирующейся при резании жаропрочных сталей и сплавов текстуры стружки. Предложены математические модели и установлены параметры деформирования обрабатываемого материала в зоне резания, характеризующие условия этого перехода. Разработаны алгоритмы определения геометрических параметров формирующихся при этом элементов суставчатой стружки.
3. Создана кинематическая модель формирования суставчатой и элементной стружки при точении жаропрочных сталей и сплавов, что позволило схематизировать распределение напряжений, а также получить зависимости и соотношения величин параметров контактного взаимодействия в зоне резания и на рабочих поверхностях лезвий твердосплавного инструмента при его циклическом нагружении в процессе формировании элементов суставчатой стружки.
4. Разработана модель и алгоритмы расчета напряжений в зоне резания и на лезвии режущего инструмента, позволяющие определять распределение контактных нагрузок на рабочих поверхностях инструмента по данным о деформациях срезаемого слоя при точении. Результатами экспериментальных исследований подтверждено положение о том, что параметром, однозначно характеризующим величину и сочетание контактных нагрузок при точении, является кинематический относительный сдвиг, определяемый при резании через кинематическую усадку стружки.
5. Установлено, что при оценке прочности инструмента напряженное состояние режущего лезвия при точении жаропрочных сталей и сплавов в различных фазах формирования элементов суставчатой стружки описывается асимметричными циклами сложной системы напряжений. При этом работоспособность инструмента определяется кумулятивной функцией накопления повреждений Пальмгрена-Майнера, являющейся одновременно энергетической и вероятностной характеристикой прочности, а также удельным объемом и удельной работой разрушения лезвий твердосплавного инструмента.
6. Разработана модель и программно-аппаратное обеспечение, а также система диагностики и управления процессом резания на станках, оснащенных системами ЧПУ класса PCNC, обеспечивающие при деформировании срезаемого слоя с образованием суставчатой стружки стабилизацию силовых и температурных контактных нагрузок в процессе циклического нагружения режущего лезвия (в режиме ^ кш = const), что позволяет повысить работоспособность инструмента при точении жаропрочных сталей и сплавов.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
• разработаны методы и устройства для определения геометрических параметров повреждений лезвий режущего инструмента при его разрушениях, позволяющие прогнозировать интенсивность разрушений режущего инструмента при точении жаропрочных сталей и сплавов на станках с ЧПУ;
• реализована система оперативного измерения кинематической усадки стружки в процессе нестационарного резания, позволяющая использовать данные диагностики для стабилизации контактных напряжений и температуры на рабочих поверхностях лезвия инструмента при точении жаропрочных сталей и сплавов на станках с ЧПУ;
• созданы конструкции сборного режущего инструмента, обеспечивающие повышение его работоспособности за счет рационального силового и температурного нагружения сменных режущих пластин (СРП); 7
• предложен программно-аппаратный комплекс диагностики и управления процессами деформирования срезаемого слоя при нестационарном резании, а также интерфейс оператора, включающий программные продукты для диагностики и ввода оперативных коррекций в режимы резания при точении жаропрочных сталей и сплавов на станках, оснащенных системами ЧПУ класса PCNC.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались в период с 2005 по 2009 г.г. на: Международной научно-технической конференции «Нефть и газ Западной Сибири», г. Тюмень, 2005; Региональной научно - практической конференции «Новые технологии - нефтегазовому региону», г. Тюмень, 2005; Международной научно-технической конференции «Повышение качества продукции и эффективности производства», г. Курган, 2006; Международном форуме «Актуальные проблемы современной науки», г. Самара, 2006; Всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации», г. Новосибирск, 2006; Региональной научно - практической конференции «Новые технологии - нефтегазовому региону», г. Тюмень, 2006; Всероссийской научно - практической конференции «Инновационные технологии и экономика в машиностроении», г. Юрга, 2007; Международной научно - практической конференции «Новые материалы, неразрушающий контроль и наукоемкие технологии в машиностроении», г. Тюмень, 2008.
Исследования проводились при поддержке гранта Губернатора Тюменской области. Выполнение научных разработок в 2006 г. отмечено Дипломом победителя регионального конкурса научных работ по машиностроению.
Реализация результатов работы. Результаты исследований внедрены на предприятиях Тюменской области, а именно: ОАО «ТЮМЕНСКИЕ
АВИАДВИГАТЕЛИ», ОАО «ГРОМ», а также ООО «Сибинструментсервис».
При изготовлении деталей авиадвигателей и нефтегазового оборудования реализовано переоснащение токарных станков доработанными системами
ЧПУ класса PCNC и диагностическими модулями. Диагностика процесса ре8 зания и оперативный ввод коррекций в режимы обработки реализованы с использованием специализированного программно-аппаратного комплекса. При точении жаропрочных сталей и сплавов используются разработанные конструкции сборного инструмента и оперативное управление точением на станках с ЧПУ, что обеспечило наибольшую для конкретных условий эффективность обработки. Результаты исследований используются в учебном процессе ТюмГНГУ, а также в курсовом и дипломном проектировании на выпускающих кафедрах машиностроительного профиля. .
Авторские разработки защищены патентами на изобретения: № 2309818, № 2311990, а также свидетельствами об официальной регистрации программ для ЭВМ: № 2007613348, № 2008610386, № 2008610388.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано с 2005 по 2009 г. в 17 печатных работах. В том числе 3 работы опубликованы в изданиях, рекомендованных перечнем ВАК.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов и приложений. Работа изложена на 148 страницах машинописного текста, содержит 45 рисунков, 12 таблиц, список литературы из 138 наименований.
