Підвищення ефективності збірних відрізних різців для важких верстатів шляхом забезпечення міцності різальної частини на стадії проектування - Автореферат

Статистичні дані по експлуатації збірних відрізних різців для важких верстатів показують, що відмови зазначених конструкцій різців до досягнення нормативного критерію зносу складає до 80%. Мета роботи - підвищення ефективності збірних відрізних різців для важких верстатів шляхом визначення раціональних конструктивних параметрів різальної пластини та поліпшення жорсткості її кріплення, що забезпечує підвищення продуктивності і зниження собівартості відрізних операцій. Запропоновано розрахункові формули, що дозволяють визначити величину максимальних еквівалентних напружень у небезпечному перерізі різальних пластин відрізних різців для важких верстатів з урахуванням їхніх конструктивних параметрів і елементів режиму різання. Вперше при визначенні еквівалентних напружень у різальній пластині враховано дію сил тертя та пружної післядії стінок прорізуваної канавки на допоміжні різальні леза різця та встановлена залежність максимальних еквівалентних напружень від конструктивних параметрів різальної пластини та режимів різання. Вперше отримані розрахункові формули, що дозволяють визначити величину максимальних еквівалентних напружень у небезпечному перерізі різальної пластини відрізних різців з урахуванням їхніх конструктивних параметрів і елементів режиму різанняУ першому розділі зроблений аналіз методів дослідження напружено-деформованого стану різальної частини, коливань інструмента і їхнього впливу на його міцність та застосовувані конструкції збірних відрізних різців для важких верстатів. Наявні в даний час розрахункові схеми і математичні моделі динамічної системи верстат-пристосування-інструмент-деталь розглядають інструмент як передатну ланку між деталлю і супортною групою і не враховують конструкцію інструмента як підсистему, що складається з окремих елементів. У другому розділі розглянутий розрахунок міцності різальних пластин відрізних різців методом кінцевих елементів, що враховує специфіку й особливості роботи інструмента. Для розрахунку напружено-деформованого стану різальної пластини відрізних різців розроблена прикладна програма. Та чи інша форма різальної пластини відрізного різця форма опорної поверхні вибирається на стадії проектування інструмента з метою забезпечення максимальної міцності пластини як обємного тіла, забезпечення більш рівномірного навантаження корпусу інструмента, а також для запобігання бічних зсувів пластини в процесі різання (для різців з механічним кріпленням різальних елементів).У дисертаційній роботі на основі аналітичних і експериментальних досліджень вирішена актуальна задача підвищення ефективності збірних відрізних різців для важких верстатів шляхом створення нових конструкцій інструмента, які володіють підвищеною жорсткістю вузла кріплення різального елемента і міцністю, що забезпечує підвищення продуктивності відрізних операцій. Розроблено прикладну програму для ПЕОМ розрахунку тривимірного напружено-деформованого стану різальних пластин відрізних різців для важких верстатів, що дозволяє визначати величину нормальних і еквівалентних напружень у пластинах складної конфігурації і оцінювати їхню міцність. Розроблено розрахункові формули, що дозволяють визначити величину максимальних еквівалентних напружень у небезпечному перерізі різальних пластин відрізних різців з урахуванням їхніх конструктивних параметрів і елементів режиму різання. На основі запропонованої математичної моделі динамічної системи верстат-пристосування-інструмент-деталь розроблена прикладна програма для ПЕОМ моделювання коливань збірних відрізних різців, що дозволяє у залежності від режимів різання і жорсткості технологічного устаткування прогнозувати вид відмов інструмента на стадії проектування. Розроблено нові конструкції збірних відрізних різців із клиновим кріпленням різальних елементів, що дозволяють: скоротити номенклатуру відрізних різців за рахунок застосування взаємозамінних різальних вставок; зменшити допоміжний час заміни інструмента на 50%; збільшити подачу в середньому на 20% за рахунок збільшення жорсткості і вібростійкості конструкції інструмента.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

1. У дисертаційній роботі на основі аналітичних і експериментальних досліджень вирішена актуальна задача підвищення ефективності збірних відрізних різців для важких верстатів шляхом створення нових конструкцій інструмента, які володіють підвищеною жорсткістю вузла кріплення різального елемента і міцністю, що забезпечує підвищення продуктивності відрізних операцій.

2. Розроблено прикладну програму для ПЕОМ розрахунку тривимірного напружено-деформованого стану різальних пластин відрізних різців для важких верстатів, що дозволяє визначати величину нормальних і еквівалентних напружень у пластинах складної конфігурації і оцінювати їхню міцність.

3. Встановлено специфічні для відрізних різців закономірності розподілу нормальних і еквівалентних напружень у різальних пластинах. Поблизу передньої поверхні пластини за зоною контакту зі стружкою виявлене місце розташування зони дії максимальних еквівалентних напружень, де можливе зародження тріщин, що приводять до руйнування твердого сплаву.

4. Встановлено звязок між шириною різальної пластини l і її товщиною s. Для l=12мм не доцільно призначати s більш 0,85l, а при збільшенні l до 24мм, s рекомендується приймати: для l=(16...20)мм - s=(0,5...0,4)l, а для l=24мм - s=0,25l. У цьому випадку максимальні еквівалентні напруження, що виникають у небезпечних перерізах, приблизно однакові при різній ширині різальної пластини.

5. Довжина різальної пластини мало впливає на величину еквівалентних напружень, причому зі збільшенням довжини понад 20мм вони залишаються практично незмінними. Тому довжину різальної пластини варто призначати з погляду її надійного закріплення і вільного сходу стружки.

6. Форма опорної поверхні різальної пластини впливає на розподіл і величину еквівалентних напружень. З погляду міцності і технологічності рекомендується приймати V-образну форму підстави пластин з кутом призми 2y=120°.

7. Розроблено розрахункові формули, що дозволяють визначити величину максимальних еквівалентних напружень у небезпечному перерізі різальних пластин відрізних різців з урахуванням їхніх конструктивних параметрів і елементів режиму різання. Погрішність апроксимації не перевищує 8%.

8. Розроблено розрахункову схему і математичну модель динамічної системи верстат-пристосування-інструмент-деталь, що дозволяє аналітично визначати характеристики коливань збірних відрізних різців у залежності від їхніх жорсткості, жорсткості технологічної системи і режимів різання. Експериментальні дослідження підтвердили адекватність відображення процесу коливань різців з погрішністю не більш 15%.

9. На основі запропонованої математичної моделі динамічної системи верстат-пристосування-інструмент-деталь розроблена прикладна програма для ПЕОМ моделювання коливань збірних відрізних різців, що дозволяє у залежності від режимів різання і жорсткості технологічного устаткування прогнозувати вид відмов інструмента на стадії проектування.

10. Розроблено нові конструкції збірних відрізних різців із клиновим кріпленням різальних елементів, що дозволяють: скоротити номенклатуру відрізних різців за рахунок застосування взаємозамінних різальних вставок; зменшити допоміжний час заміни інструмента на 50%; збільшити подачу в середньому на 20% за рахунок збільшення жорсткості і вібростійкості конструкції інструмента. Нові різці впроваджені на ВАТ “КЗТС”, річний економічний ефект від впровадження одного типорозміру склав одинадцять тис. грн.

ОСНОВНІ ПУБЛІКАЦІЇ ПО ТЕМІ ДИСЕРТАЦІЇ ТА ОСОБИСТИЙ ВНЕСОК ЗДОБУВАЧА

1. С.Л. Миранцов, В.С. Гузенко, Л.М. Миранцов. Аналитическое исследование прочности режущей части отрезных резцов для тяжелых станков. //Надежность режущего инструмента и оптимизация технологических систем. Сб. статей. В 2-х т. - Краматорск: ДГМА, 1997. - Т.1. - С. 130-134.

Здобувачем виконано розрахунок напружено-деформованого стану різальних пластин відрізних різців для важких верстатів.

2. В.С. Гузенко, Н.И. Зиновьев, С.Л. Миранцов. Особенности расчета прочности режущих элементов сложной пространственной конфигурации. //Резание и инструмент в технологических системах. - Харьков: ХГПУ, 1999 - С.31-34.

Здобувачу належить розробка алгоритму розрахунку тривимірного напружено-деформованого стану різальних елементів складної просторової конфігурації.

3. В.С. Гузенко, С.Л. Миранцов, В.Л. Федоров. Математическое моделирование динамического состояния тяжело нагруженного инструмента. //Прогрессивные технологии и системы машиностроения. Международный сборник научных трудов. - Донецк: ДОНГТУ, 1998. - Т.1. - С.220-223.

Здобувачем розроблена динамічна модель важконавантаженого інструмента.

4. Н.И. Зиновьев, С.Л. Миранцов, Л.М. Миранцов. Динамическая модель сборных отрезных резцов для тяжелых станков. //Механіка та машинобудування. Науково-технічний журнал. - Харків: ХДПУ, 1998. - Вип №1. - С.154-159.

Здобувачем розроблена схема і математична модель динамічної системи станок-пристосування-інструмент-деталь, яка враховує конструкцію відрізного різці як підсистему, що складається з окремих елементів. Запропоновано метод вирішення математичної моделі.

5. Гузенко В.С., Билык Г.Б., Веремей О.В., Миранцов С.Л. Программный комплекс для расчета и моделирования напряжений методом конечных элементов. //Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем. Збірник наукових праць. - Краматорськ: ДДМА, 1999. - Вип. 9. - С.23 - 29.

Здобувачу належить розробка алгоритмів і програмного комплексу для розрахунку напружень методом кінцевих елементів.

6. Гузенко В.С., Миранцов. С.Л. Экспериментальные исследования динамических характеристик отрезных резцов. //Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем. Збірник наукових праць. - Краматорськ: ДДМА, 2000. - Вип. 10. - С.65 - 73.

Здобувачем виконані експериментальні дослідження та виконано обробку результатів на ПЕОМ.

7. Миранцов С.Л. Математическая модель напряженного состояния режущих пластин отрезных резцов. //Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем. Збірник наукових праць. - Краматорськ: ДДМА, 2001. - Вип. 11. - С.103 - 107.

8. Миранцов С.Л. Динамический расчет сборного инструмента для тяжелых станков в процессе резания. //Вісник Сумського державного університету. Науковий журнал. Серія технічні науки (машинобудування). - Суми, СУМДУ, 2002. - №2. - С.79 - 83.

9. Гузенко В.С., Миранцов С.Л., Носков В.В. Отрезной резец. Патент Украины № 40742А от 15.08.2001.

Здобувачем виконано теоретичне обґрунтування винаходу та розробка конструкції збірного відрізного різця.