Підвищення якості оброблення та зносостійкості ріжучих поверхонь пластин

Міністерство освіти і науки України

Національний університет Львівська політехніка

Кафедра: Технології машинобудування

Реферат

Підвищення якості оброблення та зносостійкості ріжучих поверхонь пластин

Дисципліна: Теорія різання

Львів - 2008 р.

Зміст

Вступ

1. Аналіз шляхів підвищення ефективності експлуатації збірних різців і конструкцій змінних багатогранних пластин

2. Розроблення ієрархічної системи властивостей що складають рівень експлуатації збірних різців

3. Проведення експериментальних досліджень

4. Аналіз отриманих результатів

Висновки

Література

Вступ

При застосуванні верстатів з ЧПК та ГПС подаються особливі вимоги до різальних інструментів, економічна стійкість яких вагомо зменшується. Проблема автоматизації обробки заготовок з пластичних конструкційных сталей є найбільш гострою, бо відсутні ефективні засоби боротьби з несприятливим стружкозавиванням. Найбільш розповсюдженим у світі способом вирішення проблеми стружкодробління в автоматизованому виробництві є використання різців зі змінними багатогранними пластинами (ЗБП). Аналіз тенденцій розвитку конструкцій різців визначив, що серед техніко-економічних показників їх удосконалення здібність до дробіння стружки поряд з жорсткістю й зносостійкістю мають вирішальне значення. Забезпечення стружкодробління здійснюється за рахунок удосконалення форм передньої поверхні пластин та вибору для них режимів різання. Проте, немає єдиної методики розрахунку форм передньої поверхні різців та регламентів їх експлуатації, що забезпечать стабільне стружкодробління. Вирішення цієї задачі дозволило б здійснювати обробку пластичних матеріалів з більшою ефективністю.

Мета роботи - підвищення ефективності експлуатації збірних різців з ЗБП за рахунок вибору раціональної геометрії передньої поверхні пластин та оптимізації параметрів їх експлуатації з врахуванням стабільного стружкодробління.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі задачі:

Розробити методику оптимізації параметрів експлуатації ЗБП з врахуванням стабільного стружкодробління.

Вирішити задачу вибору конструкцій змінних багатогранних пластин для збірних різців, що забезпечать стабільне стружкодробління у необхідних умовах експлуатації.

Установити вплив конструктивних параметрів ЗБП на область режимів різання зі стабільним стружкодроблінням.

Розробити нові конструкції ЗБП для чорнової та получистової обробки сталей та оптимізувати параметри їх експлуатації, які забезпечують стабільне стружкодробління.

Впровадити рекомендації щодо вибору конструкцій ЗБП та регламентів їх експлуатації.

1. Аналіз шляхів підвищення ефективності експлуатації збірних різців і конструкцій змінних багатогранних пластин

Було обґрунтоване положення про те, що підвищення ефективності експлуатації збірних різців зі змінними багатогранними пластинами можливо за рахунок вибору раціональної геометрії передньої поверхні пластин та оптимізації параметрів їх експлуатації. Цей шлях підвищення ефективності експлуатації різців за рахунок багатокритеріальної оптимізації параметрів з врахуванням форми стружки, що утвориться не досліджувався, методика вибору раціонального набору пластин та проектування нових конструкцій, що забезпечують стабільне стружкодробління в необхідній області експлуатації, не розроблялися.

Конструкції ЗБП вибираються з банку даних на основі аналізу областей режимів різання, які забезпечують стружкодробління та рекомендуються для них, та виявлення набору пластин, які найбільш ефективно обслуговують необхідну область. Сукупність пластин, яка аналізується, розбивається на порівняно невелике число однорідних класів. Області функціювання ЗБП інтерпретовані як крапки у просторі S-t. Ці крапки є геометричним зображенням двомірних спостережень у просторі з координатними осями (глибина різання) - (подача). Поняття однорідності областей функціонування визначається завданням правила обчислення величини, що характеризує відстань d (,) між областями і з сукупності, що досліджується О (i, j=1, 2,..., n). Якщо задана функція d (,), то близькі в змісті цієї метрики області вважаються однорідними. При цьому необхідно порівняння d(,) з деяким пороговим значенням. При формуванні кластерів використана агломеративна ієрархічна кластер-процедура. Принцип роботи алгоритму полягає в послідовному об'єднанні областей, а після цілих груп, спочатку найбільш близьких, а після цього все більш і більш віддалених друг від друга. Враховуючи специфіку агломеративних ієрархічних кластер-процедур, для завдання відстані між класами виявляється достатнім визначити порядок перерахунку відстані між класом та класом=, що є об'єднанням двох інших класів і. Узагальнена відстань між кластерами і визначається формулою:

,

де - i-я група (кластер) об'єктів, - число об'єктів, що утворять групу.

Для випадку, коли наявні в банку даних конструкції ЗБП не достатньо ефективно обслуговують необхідну область, розроблено новий напрямок у проектуванні змінних багатогранних пластин, що полягає в кількісній оцінці міри впливу конструктивних параметрів передньої поверхні пластин на область режимів різання зі стабільним стружкодроблінням. Для кількісного опису елементів стружкодробління була застосована методика введення "фіктивних перемінних", що в регресійних моделях мають не безперервні області зміни, а можуть приймати дискретну множину значень (1-при присутності признаку та 0 - при його відсутності). Для виявлення залежності глибини різання, подачі, діапазону глибин різання та подач від форми елементів стружкодробління будували регресійну залежність і, порівнюючи коефіцієнти, визначали ступінь впливу різних форм елементів стружкодробління (незалежних перемінних) на залежні (глибина різання, подача, діапазон глибин різання, діапазон подач і т. д.).

Для створення банку даних про конструкції ЗБП та параметри їх експлуатації збір статистичної інформації проводився за відомими методиками анкетного опитування, миттєвих спостережень, тривалих спостережень та вивченням технічної документації і проспектів. Дослідження областей режимів різання, що забезпечують стружкодробління, вироблялося побудовою діаграм стружкодробління. Експериментальні дослідження коефіцієнту деформації стружки проводилися з використанням методики планування експерименту. Для побудови діаграм стружкодробління та для дослідження коефіцієнту деформації стружки були обрані матеріали - представники I та II груп за класифікацією Н.Я.Гуревича. Експериментальне визначення розподілу часу роботи інструменту в умовах ускладненого стружкодробління проводилося за допомогою тривалих спостережень активного експерименту. Обробка результатів експерименту, визначення законів розподілу та їх параметрів здійснювалася із допомогою ПЕОМ із застосуванням теорії імовірностей та математичної статистики.

2. Розроблення ієрархічної системи властивостей що складають рівень експлуатації збірних різців

За допомогою експертної оцінки виявлені найбільш значущі властивості процесу експлуатації збірних різців: правильність вибору інструменту, стан обладнання, дотримання режимів різання, дотримання норм видатку і зносу інструменту. Встановлено, що задача оптимізації процесу експлуатації збірних різців є багатопараметричною та багатокритеріальною. Для оцінки ефективності процесу експлуатації збірних різців прийняті критерії: наведені витрати, продуктивність, видаток інструменту. Показана необхідність обов'язкового включення до цільових функцій встановлених найбільш значущих параметрів експлуатації, які впливають на рівень режимів різання та видаток інструменту.

Основними причинами відмов інструментів при точінні, особливо в автоматизованому виробництві, поряд з втратою міцності та зносостійкости різців, є відсутність стабільного стружкодробління. Встановлено, що у зв'язку з імовірностним характером процесу різання при точінні твердосплавним інструментом розподіл періоду його стійкості не суперечить закону Вейбулла - Гнеденко з коефіцієнтом варіації стійкості, що змінюється в діапазоні 0.4-0.9. Оскільки період часу появи несприятливої стружки носить випадковий характер, виникає необхідність прогнозування імовірності стабільного стружкодробління для випадків різного поєднання законів розподілу періодів стійкості і періодів появи несприятливої стружки. Імовірність стабільного стружкодробління при роботі збірного різця визначена як імовірність того, що період стійкості інструменту буде менш, ніж час появи несприятливої стружки. Розглядаючи перекриття законів розподілу стійкості і розподілу часу роботи різця з несприятливої стружкою, отримані аналітичні вирази для визначення імовірності стабільного стружкодробління для різних видів законів розподілу.. Визначимо щільність розподілу періоду стійкості збірного різця , а щільність розподілу часу до появи несприятливої стружки -. Представлені означені щільності розподілу

Імовірність безвідмовної роботи R (імовірність стабільного стружкодробління) різця дорівнює імовірності того, що стійкість інструменту, що характеризує його зносостійкість та міцність буде менша, ніж час появи несприятливої стружки.

Заштрихована дільниця на рисунку показує область перекриття розподілу періоду стійкості та часу до появи несприятливої стружки, що характеризується певною імовірністю відмови.

Імовірність відмови в зв'язку з несприятливої стружкою визначається:

Імовірність стружкодробліня визначається:

Так, наприклад, для законів розподілу часу Т роботи з сприятливою і несприятливою стружкою Вейбулла - Гнеденко імовірність стабільного стружкодробління визначається:

,

де і - параметри закону розподілу Т, і - параметри закону розподілу ; .

Для випадку розподілу періоду стійкості різців за законом Вейбулла - Гнеденко і нормального закону розподілу часу появи несприятливої стружки імовірність стабільного стружкодробління визначається:

Х,

де і - середнє квадратичне відхилення.

Одержані вирази для визначення та періоду стійкості із заданою імовірністю стружкодробління Т (), коефіцієнту деформації стружки =f (t, S, V) вперше використані при формуванні цільових функцій та обмежень для багатокритеріальної оптимізації параметрів експлуатації збірних різців з ЗБП з урахуванням імовірності стабільного стружкодробління та типу стружки, що утвориться. При цьому забезпечення періоду стійкості інструменту з заданою імовірністю стружкодробління можливо при введенні через період Т () профілактичної заміни інструменту.

3. Проведення експериментальних досліджень

Експериментально установлений вплив кутів в плані і конструктивних параметрів передньої поверхні ЗБП (ширини фаски, ширини канавки, висоти профіля канавки, куту між різальною кромкою та канавкою) на області дробіння стружки Одержані діаграми стружкодробління для пластин, які найбільш часто зустрічаються на вітчизняних підприємствах. Встановлено, що для задовільної, з точки зору безпеки верстатника та вигоди уборки стружки, коефіцієнт деформації стружки повинен знаходитися в межах 1.8-2.7. Отримані регресійні залежності коефіцієнту деформації стружки від режимів різання, які необхідні для обмеження режимів різання з виду одержуваної стружки.

Доведено, що поява несприятливої стружки являє собою випадковий процес і не суперечить законам Вейбулла - Гнеденко або нормальному. При цьому спостерігається усічення розподілу періоду стійкості інструменту в місці появи несприятливої стружки, що можна вважати відмовою поряд зі зносом та руйнуванням інструменту.

Визначене значення діапазону зміни коефіцієнту деформації стружки для зони стабільного стружкодробління і зони появи несприятливої стружки. Одержана регресійна залежність коефіцієнту деформації стружки від часу роботи різця .

Встановлено, що при точінні сталей твердосплавными різцями з ЗБП відбувається зміна форми стружки від задовільної до незадовільної, що пов'язано із зношуванням елементів стружкодробління пластин із течією часу. Так, при обробці стали ШХ15СГ різцями з пластинами з твердого сплаву Т15К6, які покриті TiN з іонною імплантацією N⁺ коефіцієнт деформації в залежності від часу роботи різця до появи несприятливої стружки визначається:. Показано, що застосування зносостійких покрить на твердосплавних пластинах сприяє розширенню зони стабільного стружкодробління в1.5 - 1.8 рази і зниженню розсіювання часу появи несприятливої стружки (коефіцієнт варіації зменшується у 1.75-2.5 рази).

4. Аналіз отриманих результатів

Проведений аналіз показав, що найбільш ефективним засобом дробіння стружки при копірній обробці (обробці з максимальним діапазоном стружкодроблінням) є розподіл стружки по ширині шляхом виконання вырізів на різальній кромці та створення додаткової V-образної різальної кромки. Встановлено, що найбільш ефективними елементами стружкодробління при точінні труднооброблювальних сталей є елементи, що деформують стружку безпосередньо в зоні різання, наприклад, стружкозавиваюча канавка, яка складається з циліндричних заглиблень, що виходять на поверхню фаски пластини. Показано, що найбільший ефект збільшення області застосування ЗБП за подачою, може бути досягнутий з застосуванням канавки перемінної ширини уздовж різальної кромки. Спроектовані нові конструкції пластин для чорнового та получистового точіння сталей з розширеним діапазоном ефективної експлуатації .

Розроблені рекомендації до вибору раціональних режимів різання та норм видатку пластин нової конструкції, що дозволять підвищити продуктивність обробки в 1.2 рази, скоротити видаток інструменту на 15%.. Результати роботи впроваджені на 2х заводах України з річним економічним ефектом 83650 грн.

Висновки

Ефективність процесу експлуатації збірних різців зі змінними багатогранними пластинами може бути підвищена за рахунок науково-обгрунтованого вибору конструкцій або створення нових конструкцій пластин, а також оптимізації регламентів їх експлуатації з урахуванням стабільного стружкодробління.

Розроблена методика оптимізації параметрів експлуатації ЗБП з урахуванням імовірності стабільного оптимізації. Вперше обмеженням на форму стружки прийнятий коефіцієнт деформації стружки, що характеризує її форму і залежить від режимів різання.

Установлено, що для забезпечення стабільного стружкодробління період заміни інструменту повинен бути рівним періоду стійкості з заданою імовірністю стружкодробління, що вимагає введення профілактичної заміни інструменту.

На основі розробленої математичної моделі процесу стружкодробління досліджений вплив законів розподілу часу роботи інструменту із сприятливою та несприятливою стружкою на імовірність стабільного стружкодробління. Експериментально встановлено, що закони розподілу періоду стійкості та часу появи несприятливої стружки незалежні. Визначені параметри цих законів.

Література

Васильченко Я.В. Определение вероятности стабильного стружкодробления// "Прогрессивные технологии машиностроения. Прогрессивные методики преподавания." - вып.1.- Сумы: СГПУ .-1997.- С.114-118.

Зиновьев Н.И., Васильченко Я.В. Обеспечение стабильности обработки деталей сборными резцами с многогранными неперетачиваемыми пластинами//Резание и инструмент в технологических системах.- Харьков: ХГПУ.- 1997. , вып. 51.- С.106-110.

3. Мироненко Е.В., Клименко Г.П., Васильченко Я.В. Определение показателей надежности инструмента с износостойкими покрытиями в связи с обеспечением стабильного стружкодробления // Надежность режущего инструмента и технологической системы .- Краматорск: ДГМА.- 1997. С.7-14.

4. Клименко Г.П., Васильченко Я.В. Квалиметрических подход к оценке уровня эксплуатации режущего инструмента// "Прогрессивные технологии машиностроения. Прогрессивные методики преподавания." - вып.1.- Сумы: СГПУ .-1997.- С.114-118.

5. Черномаз В.Н., Васильченко Я.В., Бессонова М.А Использование кластерного анализа для классификации и проектирования сменных многогранных пластин для заданных областей функционирования // Надежность режущего инструмента и технологической системы .- Краматорск, 1997, с.7-12 .