Совершенствование конструкций сборных отрезных резцов для тяжелых токарных станков

жении длительного времени. При этом база знаний практически отсутствует, но база данных может быть. Характерной ситуацией для таких процессов являются различные аварии и катастрофы.

В целом можно утверждать, что система качества всегда состоит их двух основных подсистем:

1. Первая подсистема рассматривается как система с замкнутой связью, где операции по планированию качества продукции определяются требованиями потребителя. Теоретически в этой непрерывно действующей системе происходит анализ изменения желаний и запросов потребителя и соответствующая корректировка конструкции и технологических процессов.

2. Вторая подсистема рассматривается как система с замкнутой связью, где планирование качества продукции составляет основу для процедур по непосредственному управлению качеством. Она включает определение целей и политики в области качества продукции, анализ новых разработок и затрат по обеспечению оптимального уровня качества.

В современном машиностроении преобладает видение качества как одной из фундаментальных категорий, определяющих уровень жизни, социальную и экономическую основу для успешного прогресса человека и общества. Исходя из этого повышение качества изделий имеет общегосударственный эффект в экономической, социальной и психологической форме.

Литература

1. Кане М.М. Управление качеством продукции в машиностроении. М.: Машиностроение, 2010. 416 с.

2. Копылов Л.В. Информационное обеспечение прецизионных технологических процессов.-Сборник докладов международного конгресса "Конструкторско-технологическая инфор-матика-96" АН. РФ. М., 1996, с. 36-38.

3. Копылов Л.В. Повышение точности прецизионных изделий на основе современного информационного обеспечения технологических систем. Станки и инструмент , 1997. № 11, с. 52-54.

4. Булавин И.А., Груздев А.Ю., Будыкин A.B., Киселев Ю. Технологическое оборудование и оснастка для исследования и сборки редукторов автомобилей.- Сборник докладов международного научно-технического семинара: Современные технологии сборки, 2011.

5. Булавин И.А., Груздев А.Ю., Будыкин A.B. Влияние сил и деформаций звеньев при сборке подшипниковых узлов редукторов автомобилей на точность регулировки преднатяга подшипников. - Научно-технический журнал «Техника машиностроения», 2009.- № 2, с. 32-36.

Совершенствование конструкций сборных отрезных резцов для тяжелых

токарных станков

к.т.н. проф. Музыкант Я. А., д.т.н. проф. Максимов Ю.В., Литвинов A.C., ОАО "ВНИИИНСТРУМЕНТ", Университет машиностроения,

ООО "ИТМГрупп", Москва, Россия,

8(495)3669844, 3669844@mail.ru

д.т.н. Мироненко Е.В., к.т.н. Гузенко B.C., к.т.н. Миранцов С.Л.

ДГМА, Краматорск, Украина п1с_1т1гитеП@таИ. ги

Аннотация. В данной статье рассмотрены вопросы совершенствования сборных конструкций резцов для тяжелых станков с целью повышения прочности режущей части и повышения жесткости крепления режущих элементов. Приведены результаты аналитических исследований прочностных и динамических характеристик сборных отрезных резцов для тяжелых станков.

Ключевые слова: конструкции отрезных резцов, прочность режущей части,

жёсткость крепления

Операция отрезки представляет собой несвободное резание, отрезные резцы работают со значительными удельными нагрузками на режущие лезвия, затруднен отвод стружки, что приводит к большому количеству поломок режущих пластин. Пониженная жесткость технологической системы при отрезке, большие вылеты резцов приводят к возникновению вибраций, колебаний инструмента в процессе резания, что снижает производительность операций отрезки.

С целью совершенствования конструкций сборных отрезных резцов для тяжелых станков проведены аналитические и экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния режущих пластин, экспериментальные исследования колебаний, и с помощью результатов исследований были разработаны конструкции инструмента, обладающие повышенной прочностью и жесткостью механического крепления (рисунок 1) [3].

Сборный отрезной резец (рисунок 1) состоит из режущего клинового элемента 1 и корпуса 2, причем опорная и прижимная У-образные выпуклые поверхности клинового гнезда корпуса скошены относительно своих образующих. Наклоны а1, а2 скошенных участков опорной и прижимной поверхностей относительно своих образующих выполнены противоположно направленными. Направление угла наклона а2 скошенного участка прижимной поверхности относительно ее образующей выполнено совпадающим с направлением угла а заклинивания клинового гнезда корпуса.

В работах [1, 2, 3, 5, 6] исследовалось влияние различных конструктивных параметров инструмента на величину и характер распределения напряжений в элементах сборной конструкции, а также влияние величин углов а1, а2 на величины напряжений, возникающих в режущей пластине, и жесткость крепления режущей вставки. Однако конструкции рассматриваемого инструмента, имеющие опорную поверхность гнезда корпуса, площадь которой изменялась бы неравномерно, не исследовались.

В процессе работы сборного отрезного резца под действием силовых факторов на взаимодействующих поверхностях режущего клинового элемента 1 и корпуса 2 возникают неравномерно распределенные по длине гнезда контактные напряжения. Максимальные значения контактных напряжений будут наблюдаться при этом на опорной поверхности гнезда корпуса под режущей кромкой вставки 1, что ведет к ее опусканию, и на прижимной поверхности в области тыльной стороны вставки 1, что приводит к пластической деформации и искажению профиля клинового гнезда, а также снижению конструктивной жесткости. Причиной возникновения такого сложного напряженного состояния являются тангенциальная составляющая силы резания и ее опрокидывающий момент, который действует в направлении силы резания. Опрокидывающий момент возникает по причине наличия главного заднего угла у режущего элемента 1 и ее нависания над опорной поверхностью гнезда корпуса.

Изменяя форму скошенных участков, можно изменять площадь соприкосновения взаимодействующих поверхностей в наиболее нагруженных участках, компенсируя рост контакт-

ных нагрузок увеличением площади взаимного контакта, при этом контактные напряжения

будут иметь более равномерное распределение.

Дальнейшие исследования выполнялись применительно к рассматриваемому инстру-

менту, который в корпусе имеет опорную поверхность гнезда, которая формируется за счет наличия двух участков: скошенного участка 1 и нескошенного участка 2 (рисунок 2). При этом формируется переменная, нелинейно изменяющаяся площадь контакта корпуса инструмента и режущей вставки вдоль гнезда. Угол наклона скошенного участка 1 опорной поверхности гнезда корпуса 7° [4]. Длина нескошенного участка 2 изменялась от 0 до 10 мм с шагом 5 мм.

В связи со сложностью проведения экспериментальных исследований по указанному направлению проводились аналитически с использованием моделей, полученных при помощи пакетов БоНё'^гк^ и ЛиБуБ. Была подготовлена модель сборного резца при помощи пакета SolidWorks. В качестве геометрических и конструктивных использовались параметры оригинального инструмента: размеры корпуса инструмента 18*90 мм, ширина режущей кромки режущей пластины 20 мм.

Рисунок 2. Корпус сборной конструкции резца

Исследование проводили по двум направлениям: статический анализ конструкции, динамический (гармонический) анализ конструкции сборного резца.

Целью статического анализа является определение напряжений (нормальных, главных, эквивалентных), линейных и нелинейных перемещений (деформаций) в элементах сборной конструкции.

При статическом анализе использовалась модель, полученная на основе исходной (рисунок 1), при помощи пакета ЛиБуБ (рисунок 3). Модель представляет собой трехмерную конструкцию резца, нагруженную силами резания и закрепления. В качестве граничных условий при моделировании были приняты следующие: корпус инструмента зафиксирован без перемещений;

между соприкасающимися гранями и поверхностями элементов имеет место контакт с трением, то есть соприкасающиеся поверхности могут перемещаться друг относительно друга и между ними может возникать зазор (рисунок 3,6).

а) б)

Рисунок 3. Модели сборной конструкции резца: а) трехмерная модель сборного резца; б) контактные поверхности режущего элемента пластины и корпуса инструмента

При выборе режимов обработки, при которых проводился анализ, были использованы следующие рекомендации [4]: S = 0,65 мм/об, V = 63 м/мин, 1 = 20 мм.

В качестве примера на рисунках 4 и 5 представлены распределение нормальных напря-

жений Ох, возникающих в элементах конструкции резца при резании. Анализ числовых значений напряжений показал, что максимальные значения напряжений наблюдаются как в корпусе инструмента, область «1», так и на передней поверхности режущей пластины в области «2» (рисунок 3). Область «1» нормальными сжимающими напряжениями, область «2»  растягивающими.

Результаты статического анализа режущей пластины показали, что максимальные значения эквивалентных нормальных напряжений ох, оу, ог изменяются при увеличении длины не скошенного участка опорной поверхности корпуса.

Так, при увеличении длины нескошенного участка от 0 до 5 мм максимальные значения напряжений в режущей вставке снижаются, при этом наблюдается уменьшение зоны их действия, что свидетельствует о более равномерном распределении контактных усилий, возникающих между корпусом и вставкой (рисунок 4,6). При дальнейшем увеличении нескошенного участка до 10 мм наблюдается обратная картина (рисунок 4,в).

а) б) в)

Рисунок 4. Распределение эквивалентных нормальных напряжений стх, возникающих в элементах конструкции резца при отрезке, 8 = 0,65 мм/об, V = 63 м/мин, 1 = 20 мм, Рг = 23 кН, Ру = 9 кН, при длине нескошенного участка: а) 0 мм; б) 5 мм; в) 10 мм

Изменение по величине зоны действия максимальных растягивающих напряжений на передней поверхности режущей пластины также свидетельствует о более жестком закреплении режущей вставки в корпусе резца при длине нескошенного участка длиной 5 мм.

В любой сборной конструкции длительная циклическая нагрузка вызывает соответствующий отклик. Результаты гармонического анализа могут использоваться для определения установившегося отклика конструкции на возбуждение при действии гармонических нагрузок и тем самым выявить, преодолеет ли объект резонансные частоты, усталость и другие негативные последствия вынужденных колебаний. Кроме того, по изменению собственных частот колебаний элементов конструкции инструмента можно судить об изменении жесткости при изменении ее конструктивных параметров.

В качестве модели и расчетной схемы при выполнении гармонического анализа инструмента использовалась та же модель, что и при статическом анализе (рисунок 3), а на элементы конструкции накладывались граничные условия, описанные выше. Гармонический анализ выполнялся при помощи пакета ЛиБуБ. В результате проведенных исследований были получены амплитудно-частотные характеристики колебаний рассматриваемого инструмента, измеренные на передней поверхности режущей пластины.

В качестве примера на рисунке 5 представлены амплитудно-частотные характеристики

колебаний сборного резца в направлении оси У.

Анализ полученных в результате гармонического анализа амплитудно-частотных харак-

теристик показывает, что при изменении длины 1 нескошенного участка опорной поверхно-

сти гнезда корпуса инструмента происходит изменение амплитуды колебаний режущей

вставки и незначительное изменение собственных частот колебаний конструкции. Так, при изменении длины I от 0 до 5 мм приводит к снижению амплитуды колебаний на частоте 5 кГц. При дальнейшем увеличении I до 10 мм вновь наблюдается увеличение амплитуды колебаний вставки. Таким образом, снижение амплитуды колебаний свидетельствует о повышении жесткости конструкции инструмента, и в частности жесткости узла крепление режущей вставки.

ЛЧВ.КЦЗ! Л.Ч

1.М1 1«

!,МЯ JU

I.Hi V

П.'ГШ'ГЧ

(J 4X11 IUDU МлиО ШЙ ИШ

-•-О »5 *!t) ЧиттЬГи

Рисунок 5. Амплитудно-частотные характеристики сборного резца при разных значениях длины нескошенного участка: о - 0 мм,  - 5 мм, - 10 мм

Выводы

На основании проведенных аналитических исследований сборных отрезных резцов можно сделать следующие выводы:

наличие нескошенных участков на опорной поверхности гнезда корпуса резца оказывает влияние на величину напряжений, возникающих в корпусе инструмента и режущей вставке, а также в режущей пластине;

наличие нескошенного участка длиной I = 5 мм приводит к снижению эквивалентных и нормальных напряжений в корпусе инструмента и режущей вставке. При увеличении длины до 10 мм и более наблюдается обратная картина;

в результате гармонического анализа конструкции установлено, при изменении длины I от 0 до 5 мм приводит к снижению амплитуды колебаний на частоте 5 кГц. При дальнейшем увеличении l до 10 мм вновь наблюдается увеличение амплитуды колебаний вставки. Таким образом, снижение амплитуды колебаний свидетельствует о повышении жесткости конструкции инструмента, и в частности жесткости узла крепление режущей вставки. статический и динамический анализ конструкции резца позволяет сделать вывод, что рациональным значением длины нескошенных участков опорной и прижимной поверхностей корпуса является I = 5 мм.

Литература

1. Миранцов С.Л. Математическая модель напряженного состояния режущих пластин отрезных резцов. // Надшшсть шструменту та оптим1защя технолопчних систем. Зб1рник наукових праць. - Краматорськ: ДДМА, 2001. - Вип. 11. - с. 103 - 107.

2. Гузенко B.C., Миранцов С.Л., Мезенцев B.C. Исследование прочности сборных прорезных резцов для тяжелых токарных станков. // Надежность режущего инструмента и оптимизация технологических систем. Сборник научных трудов. Краматорск: 2004. - Вып. 15. - с. 10 - 14.

3. Пат. 40742А Украша, МПК В23В27/04. Вщр1зний р1зець / Гузенко B.C., М1ранцов С.Л.,

Носков В.В. №99010365 Опубл. 15.08.2001.

4. Общемашиностроительные нормативы режимов резания. Токарные и карусельные работы (выбор инструмента, режимов резания, определение расхода инструмента). - М.: ВНИИТЭМР, 1985. - 75с.

5. Мироненко Е.В., Гузенко B.C., Миранцов С.Л. Совершенствование конструкций сборных отрезных резцов для тяжелых токарных станков. // Резание и инструмент в технологических системах: Междунар. научн.-техн. сб. Харьков: НТУ «ХПИ», 2012. Вып. 82. с. 165 -170.

6. Миранцов С.Л., Гузенко B.C., Мироненко O.E., Музыкант Я.А. Аналитическое исследование прочностных характеристик для многонаправленной токарной обработки. // Надш-н1сть шструменту та оптим1защя технолопчних систем: Зб1рник наукових праць. - Кра-маторськ: ДДМА, Вип. 24, 2009. с. 106 - 110.

Разработка и исследование многослойно-композиционных покрытий с нанодисперсной структурой осаждаемых на режущие инструменты при использовании ассистируемых катодно-вакуумно-дуговых процессов

д.т.н. проф. Максимов Ю.В., д.т.н. проф. Верещака A.C., к.т.н. Верещака A.A., Кудров A.C.,

Лыткин Д.Н., Шегай Д.Л., Булычева А.И.

Университет машиностроения, МГТУ «СТАНКИН»

8(495)223-05-23, доб. 1353

Аннотация. Рассмотрена проблема синтеза многослойных покрытий с нанодисперсной структурой при использовании процесса ассистируемого фильтруемого катодно-вакуумно-дугового осаждения. Исследовано влияние ассистирующих высокоэнергетических ионнов, генерируемых специальным устройством (имплантором), которым была оснащена вакуумно-дуговая установка ВИТ-3. Исследованы механизмы модификации свойств осаждаемых покрытий и режущие свойства твердосплавных пластин с покрытиями, полученных при ассистирующем катодно-вакуумно-дуговом осаждении с фильтрацией паро-ионного потока.

Ключевые слова: синтез многослойно-композиционных покрытий; режущий инструмент; нанодисперсные покрытия; стойкость инструмента

Введение

В процессе резания контактные площадки инструмента подвергаются интенсивному термомеханическому воздействию в сочетании с физико-химическим взаимодействием с обрабатываемым материалом, процессами коррозии и окисления, что в конечном итоге приводит к их макро- и микроразрушению [1]. В этой связи к инструментальному материалу предъявляют особые требования, в соответствии с которыми инструментальный материал должен обладать максимальной сопротивляемостью разрушению с учётом приспособляемости структуры материала к условиям высокого внешнего воздействия (механического и теплового), не имеющего аналогов среди подобных объектов [1-7]. Понимание природы процессов структурной приспособляемости (самоорганизации), а также её влияния на изнашивание инструмента позволяет уяснить принципы направленного формирования структур приповерхностных слоёв инструментального материала, максимально повышающих сопротивляемость контактных площадок инструмента микро- и макроразрушению в условиях термомеханического нагружения, возникающего при резании [4, 7].

Формирование оптимальных структур приповерхностных слоёв инструментального материала возможно производить путём модификации свойств поверхностного слоя, например путём нанесения износостойких покрытий различными технологическими методами, каждый из который имеет свои достоинства и недостатки [1, 2, 8-11].

Таким образом, направленное управление процессами структурной трансформации приповерхностных слоёв инструментального материала осаждением износостойких покры-