авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Интенсификация обработки плоскостей с учетом технологических требований на основе моделирования процесса фрезерования

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

БУРГОНОВА ОКСАНА ЮРЬЕВНА

Интенсификация обработки плоскостей с учетом

технологических требований на основе

моделирования процесса фрезерования

Специальность 05.02.08 Технология машиностроения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Омск 2012

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Омский государственный технический

университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Кушнер Валерий Семенович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Браилов Иван Григорьевич

кандидат технических наук, доцент

Рожковский Александр Алексеевич

Ведущее предприятие: ФГУП Научно-производственный центр газотурбостроения «Салют», г. Москва

Защита состоится «07» марта 2012 года в 15-00 час в ауд. 6-340 на заседании диссертационного совета Д.212.178.05 при ГОУ ВПО «Омский государственный технический университет» по адресу: 644050, г. Омск–50, проспект Мира, 11.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Омского государственного технического университета.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах с подписью составителя, заверенные гербовой печатью организации, просим направить в адрес диссертационного совета.

Автореферат разослан «____» февраля 2012 г.

Ученый секретарь совета по защите докторских и кандидатских диссертаций 212.178.05, к.т.н., доцент В.Б. Масягин

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Снижение себестоимости или повышение производительности обработки относится к основным задачам науки о технологии машиностроения. Решение этой задачи в производственных условиях осложняется необходимостью обеспечения различных технологических требований к точности, шероховатости обработанной поверхности и износостойкости режущего инструмента, а также ограничений, накладываемых характеристиками оборудования, что требует разработки соответствующих математических моделей.

На практике, при разработке нормативов, рекомендаций по назначению режимов фрезерования задача проектирования операций фрезерования осуществляется на основании обобщения производственного опыта или экспериментальных исследований. Эмпирический путь успешно использовался при оптимизации условий в конкретных условиях обработки, для доказательства достоверности разрабатываемых моделей, определения или уточнения эмпирических констант, однако в связи с огромным числом требуемых дорогостоящих и трудоемких опытов, а также при наличии разнообразных технологических ограничений он недостаточно эффективен.

В последнее время в теоретическом описании процессов лезвийной обработки получены новые перспективные результаты, позволившие значительно точнее рассчитывать силы, температуры и другие характеристики процесса резания. Однако эти результаты не использовались для решения технологических задач. Таким образом, интенсификация обработки плоскостей с учетом технологических требований на основе использования экспериментальных и теоретических методов, а также учета ограничений, связанных не только с износостойкостью инструмента и шероховатостью обработанной поверхности, но и с точностью обработки, актуальна как для науки о технологии машиностроения, так и для машиностроительного производства.



Целью работы является повышение производительности обработки плоскостей стальных деталей с учетом технологических требований к точности, шероховатости обрабатываемой поверхности, износостойкости режущего инструмента и других на основе экспериментального и теоретического исследования процесса фрезерования.

Методами исследований являются экспериментальные методы измерения погрешности и шероховатости обработанных поверхностей, сил резания; планирование эксперимента и статическая обработка экспериментальных данных с целью их аппроксимации подходящими функциями теоретически определяемых факторов; теоретические методы расчета технологических составляющих технологические составляющие технологические составляющие силы фрезерования, температур на поверхностях режущего лезвия, точности, шероховатости обрабатываемой поверхности, износостойкости инструмента и интенсивности изнашивания режущего лезвия.

Достоверность и обоснованность основных результатов и выводов достигалась сопоставлением теоретических результатов с экспериментальными, в том числе с данными других авторов, применением статистических методов планирования и обработки эксперимента, использованием современных научно обоснованных термомеханических методов расчета сил и температур, совершенствованием схематизации процессов фрезерования.

На защиту выносятся математические модели и программы моделирования и интенсификации процессов фрезерной обработки плоскостей стальных деталей, с учетом технологических требований и ограничений.

Научная новизна:

  • установлено, что влияние условий резания на технологические характеристики может быть обобщено путем использования теоретически рассчитанных технологических составляющих сил фрезерования и температур поверхностей режущего лезвия, характеристик изнашивания и износостойкости режущего инструмента;
  • показано, что силы фрезерования и температуры режущего лезвия могут быть рассчитаны по экспериментальным или теоретическим данным о силах и температурах при точении на основе разработанной схематизации процессов фрезерования торцовыми, концевыми и дисковыми фрезами;
  • установлено, что в условиях ограничений по точности при рациональных значениях критерия затупления инструмента наибольшая минутная подача достигается при одновременной работе одного зуба фрезы и минимуме периода холостого хода, что связано с влиянием сил на задней поверхности инструмента;
  • выявлено, что при фрезеровании амплитуда колебаний температуры поверхностей режущего лезвия за его один оборот составляет около 70% от максимальной температуры, что объясняет существенное влияние частоты вращения фрезы на ее стойкость.

Практическая значимость диссертации заключена в разработке:

  • программ для определения физических характеристик операций фрезерования плоскостей и уступов торцовыми, цилиндрическими, концевыми и дисковыми фрезерами;
  • методики оптимизации параметров фрезерования при ограничениях по точности, шероховатости обработанной поверхности и износостойкости режущего инструмента, заключающейся в последовательности назначения конструктивных и геометрических параметров фрез, режимов резания;
  • рекомендаций по обоснованию параметров конструкции фрезы и рациональных режимов резания операции восстановления профиля железнодорожных колес фрезерованием.

Реализация результатов. Полученная математическая модель интенсификации фрезерования и разработанные программы по определению физических характеристик процесса фрезерования, методика определения режимов резания и конструктивных параметров фрез, позволили разработать практические рекомендации по обоснованию диаметра фрезы, числа зубьев, угла наклона режущей кромки, критерия затупления, материала режущего инструмента, режимов фрезерования и др. Программы использовались в учебном процессе при проведении лабораторных работ, РГР, при анализе технологии восстановления профиля железнодорожных колес фрезерованием, а также для разработки практических рекомендаций по режимам фрезерования торцовыми, цилиндрическими, концевыми и дисковыми фрезами для машиностроительных предприятий.

Апробация работы. Основные научные результаты работы докладывались на международных и межрегиональных конференциях и семинарах, проводившихся в г. Тюмени, Томске, Харькове (Алуште), Екатеринбурге, Омске.

Конкретное участие автора в получении результатов, изложенных в диссертации, заключается в следующем:

  • в проведении экспериментальных исследований по изучению влияния условия резания на погрешности обработки, шероховатость обработанной поверхности, сил резания и в аппроксимации этих результатов степенными функциями;
  • в формулировании и обосновании гипотез о возможности обобщения влияния факторов, характеризующих условия резания, такими характеристиками процесса фрезерования, как силы и температуры; о возможности расчета технологических составляющих сил при фрезеровании путем проецирования сил, измеренных или рассчитанных при точении на соответствующие технологические оси; о целесообразности одновременной работы только одного зуба при минимуме холостого хода;
  • в уточнении формул для расчета интенсивностей изнашивания и стойкости фрезы с учетом частоты ее вращения;
  • в уточнении формулы для расчета максимальной толщины срезаемого слоя при фрезеровании круглых поверхностей;
  • в разработке математических моделей интенсификации фрезерования плоскостей с учетом технологических ограничений, выраженных непосредственно функциями факторов, характеризующих условия резания, а также с использованием характеристик процесса фрезерования (сил, температур), определяемых с помощью программ.

Структура и объем диссертации: диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, списка литературы и приложения, объемом 162 стр.

Основные результаты диссертации опубликованы в 1 монографии и 10 статьях, в том числе 3 статьях в журналах, входящих в перечень рецензируемых изданий, рекомендованных ВАК для опубликования материалов диссертационных работ.

Краткое содержание работы

Во введении обоснована актуальность интенсификации обработки плоскостей с учетом технологических требований на основе моделирования процесса фрезерования, определены цели и задачи исследования.

Первая глава диссертации посвящена аналитическому обзору ранее выполненных работ. Исследованием и оптимизацией операций обработки резанием, в частности фрезерованием, занимались В.Ф. Бобров, И.Г. Браилов, А.С. Верещака, Г.К. Горанский, Н.Н. Зорев, М.И. Клушин, Т. Н. Лоладзе, Н.П. Мазур, А.Д. Макаров, В.Н. Подураев, А.Ю. Попов, А.И. Промптов, А.А. Рауба, А.М. Розенберг, Ю.А. Розенберг, С.С. Силин, В.К. Старков, Н.В. Талантов, С.И. Тахман, Л.В. Худобин, Е.М. Трент и многие другие.

Анализ литературы выявил, что в различных справочниках не ставилась задача оптимизации операций, а только фиксировались практически применяемые режимы с учетом небольшого числа факторов.

Применение эмпирических степенных функций в качестве математических моделей технологических ограничений и требований, хотя и позволяло использовать для оптимизации методы линейного программирования, оказалось не эффективным в связи с тем, что не отражало сложной взаимосвязи различных факторов.

А.Д. Макаровым, Т.Н. Лоладзе и другими была показана целесообразность использования физических характеристик, таких как температуры, силы, интенсивности изнашивания для обобщения влияния большего числа факторов. Недостатком этого подхода являлось то, что эти характеристики, как правило, определялись экспериментально и, главным образом, для точения. При фрезеровании экспериментально и теоретически определялись только крутящий момент (окружная сила) или мощность, тогда как технологические составляющие силы фрезерования оценивались по эмпирическим соотношениям с окружной силой. Отсутствие достоверных сведений о технологических составляющих силы фрезерования препятствовало оценке их влияния на погрешность обработки и шероховатость обработанной поверхности. Т.Н. Лоладзе, Н.Н. Зоревым, С.И. Тахманом и др. отмечалось влияние цикличности термомеханического нагружения зубьев фрезы на ее стойкость.

Термомеханический подход, основанный на учете взаимовлияния температуры и предела текучести, обрабатываемого материала, позволил разработать более точные математические модели для теоретического определения характеристик процесса резания. Однако теоретическое определение сил и температур сдерживалось отсутствием корректных схематизаций операций фрезерования.

На основании выполненного обзора поставлены следующие задачи исследования:

  1. Обосновать математическую модель интенсификации фрезерования плоскостей на основе аппроксимации технологических ограничений по точности, шероховатости обработанной поверхности, износостойкости режущего инструмента эмпирическими степенными функциями.
  2. Обосновать возможность обобщения влияния условий фрезерования на погрешности, шероховатость обработанной поверхности, износостойкость инструмента и др. путем использования физических характеристик – сил и температур фрезерования.
  3. Разработать схематизацию процесса фрезерования и методику теоретического определения и моделирования температур, сил, крутящего момента, мощности при фрезеровании торцовыми, концевыми и дисковыми фрезами.
  4. Доказать возможность определения технологических составляющих силы фрезерования на основании данных о силах при точении, при равных условиях резания.
  5. Оценить колебания температур поверхностей режущего лезвия при фрезеровании и их влияние на интенсивность изнашивания.
  6. Разработать методику и программу для интенсификации фрезерования с учетом технологических ограничений, а также расчета и моделирования сил, крутящего момента, мощности и температур на поверхностях режущего лезвия.

Вторая глава диссертации посвящена обоснованию математической модели интенсификации операции фрезерования с учетом технологических ограничений по точности, шероховатости, износостойкости режущего инструмента, на основе экспериментального исследования влияния условий резания на погрешности, шероховатости, стойкость инструмента и силы резания, а также обобщению этих связей путем использования физических характеристик процесса фрезерования – сил и температур.





Рис. 1. Зависимость погрешности обработки у от подачи (а), глубины

резания (б), глубины врезания (в) при различных критериях затупления,

твердости инструмента

При фрезеровании плоскостей (сталь 45) торцовыми и концевыми твердосплавными и быстрорежущими фрезами экспериментально исследовано влияние на погрешность обработки условий резания. Установлено, что на погрешность обработки у, возникающей под действием сил, влияет большое число факторов (рис. 1): подача на зуб Sz, глубина резания t, глубина врезания е, критерий затупления h3, твердость обрабатываемого материала, радиус при вершине зуба фрезы r, углы в плане и наклона режущей кромки и др.

В связи с этим исследовалась возможность сокращения числа факторов путем обобщения их влияния использованием соответствующих технологических составляющих технологические составляющие технологические составляющие силы фрезерования PV, PH, PW.

Силы резания измерялись на станках моделей GILDERMESTER, HERMLE динамометром KISTLER. При этом было установлено, что в условиях нестационарного резания, характерного для процесса фрезерования, колебания датчиков динамометра вносят большие погрешности в измеряемые силы (рис. 2а).

Более точные измерения могут быть выполнены при стационарном, установившемся процессе резания, например при точении (рис. 2б).

Выявлено, что технологические составляющие технологические составляющие силы фрезерования для каждого конкретного углового положения зуба фрезы с достаточной точностью могут быть рассчитаны по данным о силах при точении при аналогичных условиях резания: проецированием составляющих сил при точении Px, Pz, заданных в системе координат, связанной с вращающимся зубом фрезы, на оси системы координат, связанной со станком H,V,W.
Рис. 2. Зависимости технологических составляющих силы фрезерования (а) и точения (б) от времени
Это позволило использовать данные, полученные при точении, и значительно сократить количество опытов, проведенных непосредственно при фрезеровании. Достоверность этого метода определения сил фрезерования подтверждена сходимостью результатов, полученных непосредственно при фрезеровании и рассчитанных по экспериментальным данным при точении (рис. 3). (1) (2) где 0=0,05–0,109; P0=849–2060; x=0,46–1,57; y=0,57–2,88; z=0,04–0,47.
Рис. 3. Сопоставление расчетного крутящего момента с экспериментальными данными А. М. Промптова при фрезеровании стали 20 твердосплавной торцовой фрезой D=150 мм, Z=6, =10, В=75 мм, t=3 мм


Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.