Повышение работоспособности концевых фрез с механическим креплением режущих пластин
В работе представлены результаты экспериментального исследования влияние толщины среза и переднего угла на технологические и физические составляющие силы резания при использовании сменных многогранных пластин (СМП), которые будут использованы на концевых фрезах. Рассмотрено влияние толщины среза и переднего угла на длину контакта стружки, параметры эпюр контактных напряжений на передней и задней поверхностях, картины НДС режущих пластин.
Введение ………………………………………………………………………………………….. 11
1.Цель и задачи исследования ……………………………………………………………. 13
2.Литературный обзор ………………………………………………………………………. 15
2.1. Исходные данные о концевой фрезе ………………………………………… 15
2.2. Исследование конструкции и технические особенности концевых и
концевых фрез………………………………………………………………………………………….. 16
2.3. Исследование сил резания на передней и задней поверхностях … 22
2.4. Исследование сил резания при фрезеровании ………………………….. 24
2.5. Метод разрезного резец …………………………………………………………… 28
2.6. Метод лазерной интерферометрии …………………………………………… 35
2.7. Поляризационно-оптический метод …………………………………………. 36
2.8. Влияние вида внешнего нагружения на НДС режущего клина …. 35
2.9. Процесс образования стружки при обработке металлов …………… 40
3.Методика выполнения исследования ………………………………………………. 45
3.1. Определение технологических составляющих сил резания………. 45
3.2. Расчёт физических составляющих силы резания по
технологическим составляющим силы резания ………………………………………… 47
4.Результаты экспериментов ……………………………………………………………… 55
4.1. Определение длины контакта стружки с передней поверхностью 55
4.2. Расчёт физических составляющих сил резания ………………………… 57
4.3. Расчёт параметров эпюр контактных напряжений ……………………. 59
4.4. Определение параметров эпюр контактных напряжений ………….. 66
4.5. Расчёт физических составляющих силы резания, действующих на
ограниченных участках контакта стружки ………………………………………………… 68
5. Исследование НДС режущего клина с помощью программы ANSYS
…………………………………………………………………………………………………………… 73
6.Исследования НДС неизношенных СМП концевых фрез ………………… 77
7. Исследования НДС СМП с фаской по задней поверхности …………… 80
8. Моделирование и исследование процесса фрезерования с помощью
программы ANSYS Workbench ………………………………………………………….. 84
8.1. Исследование тенденция составляющих сил резания при
фрезеровании стали ………………………………………………………………………. 87
8.2. Исследование влияния подачи на температуру стружки в зоне
контакта …………………………………………………………………………………………………… 91
9. Исследования стойкости СМП ………………………………………………………. 94
Выводы ……………………………………………………………………………………………. 97
Раздел на иностранном языке ……………………………………………………………. 98
Раздел «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение» ……………………………………………………………………….. 109
Раздел «Социальная ответственность»…………………………………………….. 133
Список литературы …………………………………………………………………………. 151
Режущие инструменты используются во всех отраслях промышленности при
изготовлении деталей. В настоящее время лезвийная обработка остаётся
обязательным этапом изготовления даже при использовании аддитивных
технологий (3-D печати). 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
твёрдосплавные сменные многогранные пластины (СМП). Для получения
поверхностей детали хорошего качества СМП становятся более сложными, но
из-за хрупкости твёрдого сплава возникает выкрашивание режущей кромки или
даже поломка СМП. Это значительно увеличивает себестоимость обработки.
В настоящее время с популярностью станков с ЧПУ чаще применяются
фрезы со сменными многогранными пластинами (СМП).Для уменьшения
хрупкого разрушения сменных многогранных пластин (СМП) с механическим
креплением, наиболее часто используемых в режущих инструментах,
необходимо выполнить анализ их напряжённо-деформированного состояния
(НДС), найти рациональную геометрию и конфигурацию СМП для
производительной обработки.
При обработке материалов, трудно поддающихся обработке дисковыми
инструментами, внутренние напряжения, по-видимому, приближаются к пределу
прочности материала инструмента. Было решено исследовать напряженно-
деформированное состояние режущего инструмента (НДС) и оценить его
прочность с помощью метода конечных элементов (МКЭ), реализованного в
программе ANSYS. Программное обеспечение ANSYS является одним из
основных программ для исследования НДС. Она сочетает теоретические основы
современной математики и механики с методами конечных элементов (МКЭ) и
методами компьютерной графики. С помощью программы ANSYS мы можем
визуально и эффективно получить расчёт НДС режущей пластин.
В данной работе выполнены исследования распределения контактных
напряжений на рабочих поверхностях, что является неотъемлемой частью для
нагружения модели СМП внешними нагрузками и последующего расчёта
внутренних напряжений методом конечных элементов (МКЭ).
Построение математических моделей СМП 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. В данном исследовании представлена
общая методика исследования прочности режущих пластин концевых пластин
методом конечных элементов с использованием программного обеспечение
ANSYS 18.0.
В данном разделе «Социальная ответственность» были рассмотрены
различные виды вредного воздействия на человека и окружающую среду, а так
же способы уменьшения их воздействия.
Предоставлены сведения об опасных веществах, обращающихся на
эксперименте.
Были даны краткие сведения о масштабах и последствиях возможных аварий
и мерах безопасности.
Предоставлены сведенья о способах оповещения и необходимых действиях
населения при возникновении аварии
В соответствии со стандартом, целями составления долю настоящего
раздела является принятие проектных решений, исключающих несчастные
случаи в производстве, и снижение вредных воздействий на окружающую
среду. Данные цели достигнуты.
1. Энциклопедия по машиностроению XXL
2. КожевниковД.В.,КирсановС.В.Резаниематериалов.–М.:
Машиностроение, 2012. –304 с..
3. Кожевников Д.В., Гречишников В.А., Кирсанов С.В., Григорьев С.Н.,
Схиртладзе А.Г. Режущий инструмент: учебник для вузов / Под общ. ред.
С.В. Кирсанова. М.: Машиностроение, 2014, 520 с.
4. Развитие науки о резании металлов /В.Ф. Бобров, Г.И. Грановский, Н.Н.
Зорев и др. – Москва: Машиностроение, 1967. – 416 с.
5. Контактные нагрузки на режущих поверхностях инструмента/Полетика
М.Ф. – Москва: Машиностроение, 1969. – 148 с.
6. Армарего И.Дж., Браун Р.Х. Обработка металлов резанием. М.:
Машиностроение, 1977. 326 с.
7. БобровВ.Ф.Основытеориирезанияметаллов.М.:
Машиностроение,1975.344с.
8. Каталогинструментов.Твёрдосплавныйинструментроссийского
производства. АО «Кировоградский завод твёрдых сплавов» 2019,
открытый доступ www.kzts.ru.
9. Чэнь Юэчжоу. Особенности исследования контактных напряжений на
поверхностях резца / Чэнь Юэчжоу, Чжао Цзялунь, В. Н. Козлов; науч. рук.
В. Н. Козлов // Научная инициатива иностранных студентов и аспирантов
российскихвузовсборникдокладовIXВсероссийской
научно-практической конференции, Томск, 24-26 апреля 2019 г.: /
Национальный исследовательский Томский политехнический университет
(ТПУ) . — Томск : Изд-во ТПУ , 2019 . — [С. 59-66] .
10. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х томах, т.2. Под ред.
Косиловой А.Г. и Мещерякова Р.К. – М.: Машиностроение, 1985. 496 с., ил.
11. Zhang J., Kozlov V. N., Guo Y., Sabavath S. K. Contact loads on surfaces of
worn out cutter in steel machining [Electronic resource] / Zhang Jiayu [et al.]; sci.
adv. V. N. Kozlov // Научная инициатива иностранных студентов и
аспирантов российских вузов : сборник докладов VIII Всероссийской
научно-практическойконференции,Томск,16-18мая2018г./
Национальный исследовательский Томский политехнический университет
(ТПУ). — Томск: Изд-во ТПУ, 2018. — [С. 39-45].
12. ФилипповА.В.,ПроскоковА.В.Исследованиепроцесса
стружкообразованияприрезанииметалловметодомцифровой
корреляционной спекл-интерферометрии. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана.
Сер. Машиностроение, 2014, № 2, c. 100–113.
13. V. N. Kozlov, Flank Contact Load Distribution at Cutting Tool Wear, Proc.
7th Int. Forum on Strategic Technology (2012) 2 147-151.
14. Козлов В.Н., Чжан Ц. Влияние вида нагружения на расчёт внутренних
напряжений в режущем клине // Известия Тульского государственного
университета. Технические науки. – 2017. – № 8, ч. 2. – с. 88-94.
15. 77-48211/492011, 10 октябрь 2012 г, УДК621.914, Возможности
использования динамометра Kistler для испытания металлорежущих
станков ,Утенков В. М., Быков П. А
16. Чжан Цзяюй. Прочность режущего инструмента при врезании / Чжан
Цзяюй, Ли Ян, В. Н. Козлов; науч. рук. В. Н. Козлов // Научная инициатива
иностранных студентов и аспирантов российских вузов сборник докладов
IX Всероссийской научно-практической конференции, Томск, 24-26 апреля
2019 г.: / Национальный исследовательский Томский политехнический
университет (ТПУ) . — Томск : Изд-во ТПУ , 2019 . — [С. 46-52] .
17. Полетика М.Ф., Собанин А.Л., Кужларов В.Н. Силы и деформации на
различных участках задней поверхности резца // Вопросы оптимального
резания металлов. – Уфа, Изд-во УФАИ, 1976. – С. 76-78.
18. Справочникконструктора-инструментальщика./подред.В.А.
Гречишникова, С.В. Кирсанова. М.: Машиностроение, 2006, 542 с.
19. Чжан, Ц.. Влияние вида износостойкого покрытия на стойкость
режущего инструмента [Электронный ресурс] / Ц. Чжан, В. Н. Козлов, Ш.
Лю // Современные проблемы машиностроения сборник научных трудов
XII Международной научно-технической конференции, г. Томск, 28
октября – 1 ноября 2019 г.: / Национальный исследовательский Томский
политехнический университет (ТПУ) ; под ред. А. Ю. Арляпова [и др.] . —
Томск : Изд-во ТПУ , 2019 . — [С. 160-163] . — Заглавие с экрана. —
Свободный доступ из сети Интернет.
20. БобровВ.Ф.Влияниеугла наклонаглавной режущейкромки
инструмента на процесс резания металлов. М.: Машгиз, 1962. 152 с.
21. Васильев А.С., Дальский A.M., Золотаревский Ю.Н., Кондаков
А.И.Направленное формирование свойств изделий машиностроения / Под
ред. А.И. Кондакова. М.: Машиностроение, 2005. 352 с.
22. Васин С.А., Верещака А.С., Кушнер B.C. Резание материалов:
Термомеханический подход к системе взаимосвязей при резании. М.: Изд-во
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. 448 с.
23. Kirsanov S. V., Babaev A. S. Study of Accuracy and Surface Roughness of
Holes in Comparative Testing of Small Diameters Gun Drills // IOP Conference
Series: Materials Science and Engineering. – 2014. – V. 66. – I. 1. – P. 1-5.
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
5 (91 отзыв)
4.2 (13 отзывов)
4.9 (66 отзывов)
4.7 (96 отзывов)
4.5 (9 отзывов)
5 (188 отзывов)
4.9 (37 отзывов)
4.8 (40 отзывов)
5 (428 отзывов)
