Повышение производительности точения на основе использования инновационных конструкций сменных многогранных пластин

Как видно из таблицы 2, наибольший вклад в формирование общей энтропии системы оказывают компоненты смеси, отнесенные ко второй группе. В нашем случае это оловянный порошок, а потенциально, к этой группе следует относить и алмазные порошки. На втором месте по вкладу в общую энтропию системы находится основной компонент связки. Таким образом, введенный критерий позволяет учесть все наиболее важные компоненты смеси.

Лобанов Александр Владимирович, канд. техн. наук, доц., ablobanov@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

SELECTING THE MULTICOMPONENT MIXTURE QUALITY EVALUATION CRITERION

A. V. Lobanov

The diamond tools powder manufacturing technology imposes strict limitations on the applications of the conventional mixture quality evaluation approach from its key component. A new mixture quality evaluation criterion based on the information entropy in the system has been proposed; it counts for all the mixture components' distribution.

Key words: diamond tools, multicomponent powder mixtures.

Lobanov Aleksandr Vladimirovich, candidate of technical science, ablobanov@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 621.941.02

ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ТОЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИННОВАЦИОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ СМЕННЫХ МНОГОГРАННЫХ ПЛАСТИН

С.А. Васин, Л.А. Васин, С.Я. Хлудов, А.А. Кошелева

Предложены прогрессивные конструкции СМП, позволяющие повысить производительность и виброустойчивость обработки, а также обеспечить стружкодроб-ление при точении.

Ключевые слова: точение, резцы, дробление стружки, СМП, режущая пластина, производительность.

Механическая обработка в оборонно-промышленном комплексе (ОПК) составляет основную часть трудоемкости изготовления изделий. Следует отметить, что в настоящее время ОПК оснащен в основном оборудованием зарубежных фирм, а именно, станками с ЧПУ, «обрабатываю-

199

щими центрами» и т.д. Такое оборудование можно эффективно применять только при использовании инструментального обеспечения, отвечающего современным требованиям. При этом необходимо стремиться к минимизации номенклатуры режущего инструмента, применяемого в оборудовании, что позволит снизить издержки производства, связанные с его логистикой, а также сократить время технологической подготовки производства изделий.

Вместе с тем, необходимо снизить себестоимость изготовления изделий на основе повышения производительности обработки и более эффективного использования дорогостоящего оборудования по мощности. Это позволит снизить долю амортизационных отчислений в себестоимости изготовления изделий. Повышение производительности процесса механической обработки, особенно токарной, сдерживается отсутствием эффективных методов дробления стружки. В наибольшей степени проблема стружкодробления проявляется в автоматизированном производстве при точении пластичных и труднообрабатываемых материалов, широко применяемых при производстве изделий ОПК, обработка которых сопровождается образованием сливной стружки.

Совершенствование системы инструментального обеспечения механической обработки на многооперационных станках позволит создать условия для выпуска наукоемких конкурентоспособных изделий и повысить уровень использования оборудования до нормативных показателей.

В условиях многостаночного обслуживания станков с ЧПУ и «обрабатывающих центров» в гибких производственных системах отсутствие дробления стружки препятствует автоматизации и роботизации, а также в целом снижает надежность технологической системы. Сливная стружка не позволяет автоматизировать операции установки, обработки и контроля, препятствует механизации вспомогательных процессов ее уборки и транспортировки. Стружка неблагоприятной формы является причиной поломок инструмента и снижения качества обработанной поверхности изделия и может стать потенциальным источником травматизма обслуживающего персонала.

В настоящее время устойчивое дробление стружки при чистовом точении достигается путем использования резцов, оснащенных сменными многогранными пластинами (СМП) со сложной формой передней поверхности.

Конструктивные особенности передних поверхностей современных сменных многогранных пластин составляют, как правило, «ноу-хау» фирм производителей, так как определяют условия стружкообразования при резании. Для каждой фирмы СМП фирма-изготовитель рекомендует свою область режимов резания с устойчивым дроблением стружки. Однако, в большинстве случаев информация, которой фирмы-изготовители сопровождают СМП той или иной формы, носит рекомендательный и в большей

степени рекламный характер. В результате отечественные машиностроительные предприятия, в том числе и ОПК, могут оказаться в полной зависимости от импортного инструмента, что приведет к снижению экономической безопасности страны. Неполное знание основных закономерностей формообразования стружки и ее дробления сдерживает создание научнообоснованных алгоритмов расчета оптимальных размеров «стружкозавивающих» элементов, расположенных на передней поверхности режущей пластины, и режимов резания, при которых возможно дробление стружки. Существующие методы расчета геометрических параметров передней поверхности инструмента построены без учета взаимосвязи формы стружки, образующейся при резании, с параметрами процесса резания. Отсутствие на этапе проектирования технологической операции научно-обоснованных рекомендаций, направленных на превентивное решение задачи о дроблении стружки, снижает эффективность использования дорогостоящего инструмента и оборудования. Поэтому разработка теории проектирования СМП со сложной передней поверхностью, а также теоретическое и экспериментальное исследования процесса дробления стружки с обоснованием практических рекомендаций и методик проектирования режущих пластин, используемых для оснащения токарных резцов при точении пластичных материалов и сплавов, является актуальной проблемой.

При точении предлагается использовать режущую пластину (рис.1) с режущими кромками и выступами на передней поверхности в виде стружколомающего элемента, свободно установленного в тело пластины с возможностью вращения относительно ее передней поверхности [1, 2]. Для увеличения срока службы за счет снижения температуры и силы резания и увеличения способности к дроблению стружки на поверхности стружколомающего элемента выполнены кольцевые выступы или впадины. При этом впадины могут быть выполнены в виде эксцентричных или фигурных канавок.

Стружколомающие элементы могут быть выполнены из износостойких элементов, из керамики, в виде шариков, в виде цилиндра. На поверхности цилиндра или конуса могут быть нанесены выступы или впадины, а также винтовые, эксцентричные или фигурные канавки.

I

Рис. 1. Конструкция режущей пластины со стружколомающими выступами в виде шариков, свободно вращающихся в ее теле

Важной задачей является повышение производительности при сохранении виброустойчивости процесса чистового точения за счет совмещения получистовой и чистовой операции при сохранении режимов резания, характерных для получистовой обработки.

Поставленная задача достигается использованием конструкции режущей пластины с вершиной, сформированной в виде двух ступеней (рис. 2), одна из которых предназначена для получистовой обработки, а вторая -для чистовой. Таким образом, одна ступень вершины выполняет функцию срезания припуска, а вторая - функцию формообразования обработанной поверхности, при этом каждая из ступеней работает независимо от другой.

Режущая пластина может быть выполнена в форме квадрата, треугольника или ромба. Вершина режущей пластины формируется из сопряженных дуг окружностей.

На рис. 2 показан вариант исполнения режущей пластины с двумя ступенями.

Рис. 2. Конструкция режущей пластины с вершиной, сформированной

в виде двух ступеней

На рис. 3 изображено исполнение ступеней у вершины режущей пластины.

Рис. 3. Вариант исполнения ступеней у вершины режущей пластины

2 ступень

1 ступень

Первая ступень выполнена из двух участков: формообразующего АВ и режущего ВС. Формообразующий участок АВ первой ступени выполняется в виде дуги радиусом тх. Режущий участок ВС формируется в виде дуги радиусом г3. Участок режущей кромки СЭ, выполненный в форме дуги окружности радиусом г4, не участвует в срезании припуска и предназначен для разграничения ступеней вершины режущей пластины и, соответственно, для разделений припуска на получистовую и чистовую обработки. Вторая ступень выполнена из двух участков: ЭЕ и ЕО. Участок режущей кромки ЭЕ сформирован в виде дуги окружности радиусом г2. Участок режущей кромки ЕО сформирован в виде отрезка прямой линии. Угол ^ при вершине для режущей пластины в форме квадрата равен 90°.

Радиус п1 дуги АВ режущей кромки первой ступени определяется по зависимости

Г =-Г2—,

1 32%

где Г2 - радиус дуги ЕЭ участка режущей кромки второй ступени, который выбирается из стандартного ряда: 0,4 мм; 0,8 мм; 1,2 мм; 1,6 мм; 2,4 мм (ГОСТ 19043-80); - высота неровностей по чертежу детали.

Ширина участка АВ принимается равной половине радиуса Г2 дуги окружности второй ступени.

Дуги окружностей ВС и СЭ имеют одинаковые радиусы, а их величина выбирается с учетом следующего условия:

0,2мм < Г3 = Г4 < 0,5г2 .

Если систему координат Х01У расположить так, чтобы точка 01 -

центр окружности с радиусом г1 - являлась началом координат, а направ-

ление оси 01Х совпадало с направлением подачи, координаты центра окружности радиусом п , соответственно, будут равны:

Хо1 = 0; Уо1 = 0.

Координаты центра окружности радиусом г3 определяются по формулам:

Х03 =

4т\

0 = ^--^бп2 -Г22 .

4'1

Координаты центра окружности радиусом 74 рассчитываются по зависимостям:

Х04 =

4т\

0 = ^-^16^ - Г22 .

4г1

Координаты центра окружности радиусом г2 рассчитываются по зависимостям

0 = 0 - г^2;

Х02 = Х04 + д/г4 + 2г1 г4 .

Режущая пластина может быть получена прессованием или элек-троэрозионной обработкой. Для обеспечения остроты участка АВ режущей кромки, который формирует микропрофиль обработанной поверхности, задняя поверхность на первой ступени может быть шлифованной.

Резец с режущей пластиной устанавливается в резцедержатель с главным углом в плане ф, рассчитанном по зависимости:

ф=^, <9)

где ^ - угол при вершине СМП.

Глубина резания t определяется по формуле:

t = Ч +12,

где t2 - глубина резания при получистовой обработке, ^ - глубина резания при чистовой обработке, которая рассчитывается из выражения:

t1 = г1 - (Г14 Г3^16г12 -г22 . (11) 4г1

Величина подачи назначается из условия:

5 = 0,5г2 .

В процессе работы режущей пластины происходит деление припуска на две части: большую (глубина резания 12, удаляемую второй ступенью (участок ЭО) и меньшую (глубина резания tl), удаляемую первой ступенью (участок АС).

Микропрофиль обработанной поверхности формируется участком АВ режущей кромки первой ступени в форме дуги окружности радиусом г1. При назначенной из ранее приведенного условия подаче высота микронеровностей отвечает установленным требованиям. Таким образом, в процессе точения вторая ступень вершины режущей пластины выполняет по-лучистовую обработку, осуществляемую первой ступенью. При этом за один проход в условиях получистовой обработки производится окончательная обработка поверхности заготовки. Разделение припуска на полу-чистовую и чистовую обработку позволяет исключить из технологического процесса операцию чистового точения и обеспечить требуемую шероховатость обработанной поверхности при работе с подачей, соответствующей условию получистового резания, т.е. повысить производитель-

ность. При участии в работе двух ступеней вершины режущей пластины, основную часть припуска срезает ступень с меньшим радиусом, что обеспечивает повышение виброустойчивости процесса обработки.

Разделение припуска на две части способствует разделению тепловых потоков, при этом первая ступень работает в условиях меньших тепловых нагрузок, т.е. снижается интенсивность износа режущей кромки, которая непосредственно формирует обработанную поверхность детали. Геометрия режущего клина СМП на первой ступени имеет характерные особенности для чистовых режущих пластин (острая режущая кромка и большие значения переднего угла), а для второй ступени - для режущих пластин для получистового точения (с упрочняющей фаской). Этот подход используется и при выборе формы передней поверхности для обеспечения устойчивого дробления стружки. Таким образом, режущая пластина с вершиной, сформированной из двух ступеней, имеет большую стойкость в сравнении с пластинами стандартного исполнения, обладает повышенной виброустойчивостью, обеспечивает устойчивое дробление стружки и повышает производительность обработки за счет объединения получистовой и чистовой операций.

Это приобретает важное значение в условиях автоматизированного производства.

Использование инструментов, оснащенных специальными сменными многогранными пластинами, является наиболее простым и достаточно эффективным способом дробления стружки при чистовом точении.

Обеспечение устойчивого дробления стружки при использовании предлагаемых конструкций СМП в условиях многостаночного обслуживания станков с ЧПУ и малолюдной технологии в ГПС позволяет автоматизировать процесс резания и повысить надежность технологической системы.

Список литературы

1. Пат. 2247632 Российская Федерация. МПК7 В 23 В 27/00. Режущая

пластина [Текст] / Васин С.А., Васин Л.А., Хлудов С.Я. и др.; заявитель и патентообладатель Тульский государственный университет. №

2003130711; заяв. 20.10.2003; опубл. 10.03.2005. Бюл. № 7.

2. Пат. 35990 Российская Федерация. МПК7 В 23 В 27/00. Режущая

пластина [Текст] / Васин С.А., Васин Л.А., Хлудов С.Я. и др.; заявитель и патентообладатель Тульский государственный университет. №

2003130546; заяв. 20.10.2003; опубл. 20.03.2004. Бюл. № 5.

Васин Сергей Александрович, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Васин Леонид Александрович, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Хлудов Сергей Яковлевич, д-р техн. наук, проф., Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Кошелева Алла Александровна, д-р техн. наук, доц., проф., allakosapochta.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

PRODUCTIVITY TURNING BASED ON INNOVA TIVE DESIGN OF REPLACEMENT

CUTTING PLATES

Vasin S.A., Vasin L.A., Khludov S.Y. Kosheleva A.A.

Proposed progressive design of SMEs, allowing to increase productivity and vibrostability ofprocessing and also to provide crushing of swarf during turning.

Key words: turning, turning tools, crushing of swarf, SMP, chip cutting plate, performance.

Vasin Sergey Aleksandrovich, doctor of technical science, professor, manager of department, Russia, Tula, Tula State University,

Vasin Leonid Aleksandrovich, doctor of technical science, professor, manager of department, Russia, Tula, Tula State University,

Khludov Sergei Yakovlevich, doctor of technical science, professor, Russia, Tula, Tula State University,

Kosheleva Alla Aleksandrovna, doctor of technical science, professor, Russia, Tula, Tula State University

УДК 621.9.025

ИССДЕДОВАНИЯ КООРДИНАТНОЙ СВЯЗИ В РЕЗЦАХ С ДЕРЖАВКАМИ С АНИЗОТРОПНОЙ СТРУКТУРОЙ

Н.Н. Бородкин, С.А. Васин, Л.А. Васин

Проведены теоретические исследования динамики процесса резания, исследованы причины возникновения координатной связи в подсистеме инструмента, уменьшение проявления координатной связи по направлению результирующей силы резания, на основе ориентации жесткости и диссипации, создание анизотропной структуры.

Ключевые слова: динамика процесса резания, автоколебания, координатная связь, жесткость, диссипация, анизотропная структура.

В машиностроении широко используется такой метод обработки, как точение. Обеспечение высокой производительности точения при одновременном достижении необходимой точности и шероховатости обработанной поверхности до сих пор сдерживается наличием вибраций, сопровождающих процесс резания. Следует отметить, что в настоящее время