Исследование прочности цельных фрез методом конечных элементов
Цель работы – подтверждение квалификации “магистр техники и технологии” по направлению 15.04.01 “Автоматизация технологических процессов и производств в машиностроении”. В процессе исследования проводились обзор и анализ научно-технической литературы по теме магистерской работы, формулирование цели и задач исследования. В работе представлены результаты экспериментального исследования влияние толщины среза и переднего угла на технологические и физические составляющие силы резания при использовании концевых цельных фрезах.Рассмотрено влияние толщины среза и переднего угла на длину контакта стружки, параметры эпюр контактных напряжений на передней и задней поверхностях, картины НДС концевых цельных фрезах.
Введение ……………………………………………………………………………………………………………………… 12
1. Цели и задачи исследования………………………………………………………………………………… 13
2. Литературный обзор ……………………………………………………………………………………………. 14
2.1. Исследование конструкции концевых цельных фрез………………………………… 14
2.2. Исследование режима резания при фрезеровании стали ………………………….. 16
2.3. Влиянии угла наклона главной режущей кромки λ при токарной обработке 21
2.4. Влиянии угла подъёма винтовой канавки фрезы ω силы резания ……………… 23
2.5. Исследование контактных и внутренних напряжений ……………………………… 27
2.6. Исследование сил резания при фрезеровании ………………………………………….. 29
2.7. Метод конечных элементов (МКЭ) ………………………………………………………….. 31
3. Методика выполнения работы …………………………………………………………………………….. 32
3.1. Измерение составляющих сил резании при резании стали……………………….. 32
3.2. Расчёт составляющих силы резания, действующих на зуб фрезы …………….. 33
3.3. Расчёт физических составляющих силы резания ……………………………………… 39
3.4. Расчёт параметров эпюр контактных напряжений и построение эпюр ……… 40
3.5. Окончательное определение параметров эпюр контактных напряжений …… 43
3.6. Расчёт физических составляющих силы резания, действующих на
ограниченных участках контакта стружки ……………………………………………………………….. 45
3.7. 3D-модель концевой цельной фрезы ……………………………………………………….. 47
3.8. Исследование НДС режущего клина с помощью программы ANSYS ……….. 48
3.9. Исследование НДС режущего клина с тремя передними углами γ и с тремя
различными углами подъёма винтовой канавки фрезы ω ………………………………………….. 50
3.10. Исследование влияния износа по ленточке на НДС режущего клина ……….. 61
3.11. Исследование влияния износа по уголкам на НДС режущего клина …………. 66
Заключение………………………………………………………………………………………………………………….. 74
Список литературы………………………………………………………………………………………………………. 75
Задания для разделаадания для раздела «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность
и ресурсосбережение» ……………………………………………………………………………………………………… 77
Задания для раздела «Социальная ответственность» …………………………………………………… 100
Приложение А……………………………………………………………………………………………………………. 118
Режущие инструменты используются во всех отраслях промышленности при
изготовлении деталей. Основным режущим инструментом для обработки
корпусных деталей является концевая фреза. Для увеличения стойкости фрезы,
увеличения производительности обработки и обеспечения возможности
обработки труднообрабатываемых материалов всё чаще используются цельные
концевые фрезы из твёрдосплавных материалов. Для получения поверхностей
детали хорошего качества фрезы становятся более сложными, но из-за хрупкости
твёрдого сплава возникает выкрашивание режущей кромки или даже поломка.
Это значительно увеличивает себестоимость обработки.
В данной работе выполнены исследования распределения контактных
напряжений на рабочих поверхностях, что является неотъемлемой частью для
нагружения модели концевых цельных фрез внешними нагрузками и
последующего расчёта внутренних напряжений методом конечных элементов
(МКЭ).
При увеличении подачи происходит увеличение напряжений в режущем
клине. Знание наибольшего эквивалентного, нормальных и касательного
напряжений даст возможность оценки прочности инструментального материала
для сопротивления этим нагрузкам. Другой проблемой является появление фаски
износа на задней поверхности и, как следствие, увеличение на ней контактных
напряжений. Именно увеличение нагрузки со стороны задней поверхности
является в большинстве случаев причиной поломки режущих инструментов.
Несмотря на большое количество исследований в этой области, влияние
геометрии режущего инструмента и, в частности, переднего угла и угла наклона
винтовой канавки на внутренние напряжения остаётся недостаточно изученным.
Построение математических моделей концевых цельных фрез для расчётов
с помощью программного обеспечения ANSYS позволило в данной работе
выполнить анализ влияния геометрии режущего инструмента и режима резания
на НДС режущего клина и всего инструмента.
1. Цели и задачи исследования
Цель работы: повысить надёжность работы концевых цельных фрез и
дать рекомендации по проектированию фрез и использованию рациональных
режимов резания.
Задачи исследования:
1. Анализ литературы по исследованию режущего инструмента на прочность и
стойкость.
2. Измерить составляющие силы резания и длину контакта стружки с передней
поверхностью.
3. Определить эмпирические формулы для расчёта длины контакта стружки с
передней поверхностью при разных передних углах и режимах резания.
4. Построить эпюры контактных напряжений при обработке стали 40Х.
5. Определить эмпирических формул для расчёта параметров эпюр контактных
напряжений.
6. Исследовать напряженно-деформированное состояние(НДС) концевых
цельных фрез при резании стали методом конечных элементов (МКЭ).
7. Определить влияние толщины среза а и переднего угла на внутренние
напряжения концевых цельных фрез.
8. Определить влияние износа по задней поверхности главной режущей
кромки (образование ленточки износа) и износа по уголкам на стойкость и
надёжность работы концевых цельных фрез.
9. Дать практические рекомендации по использованию результатов
исследований, выполненных в ВКР.
1. Разница в режиме резания очень мала для обрабатываемых материалов
Стали 40X и Стали 45.
2. Мало практически влияет угол наклона главной винтовой канавки ω от 0 до
-25°на составляющие силы резания при установившемся резании.
3. Наибольшее эквивалентное напряжение σmax режущего клина уменьшается
с увеличением переднего угла γ；
4. Наибольшее эквивалентное напряжение σmax режущего клина уменьшается
с увеличением угла подъёма ω；
5. Наибольшее эквивалентное напряжение σmax режущего клина
увеличивается существенно с увеличением угла подъёма ω c 20º до50º.
6. Для уменьшения выкрашивания вершин (уголков) у твёрдосплавных
фрез надо делать не правое, а левое направление винтовых канавок с
ω = 20º .
7. Наибольшее эквивалентное напряжение σmax режущего клина существенно
увеличивается с увеличением износа по ленточке hз более 0,2 мм;
8. Наибольшее эквивалентное напряжение σmax режущего клина существенно
увеличивается с увеличением износа по уголкам hyг более 1 мм.
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
4.2 (6 отзывов)
4.8 (37 отзывов)
4.8 (13 отзывов)
4.7 (96 отзывов)
4.2 (25 отзывов)
4.6 (92 отзыва)
4.5 (9 отзывов)
5 (285 отзывов)
4.9 (826 отзывов)
