Интенсификация обработки плоскостей с учетом технологических требований на основе моделирования процесса фрезерования

В 3 главе для расширения области использования модели интенсификации и учета большего числа факторов решались задачи обобщения технологических ограничений с использованием теоретических методов расчета характеристик фрезерования. Схематизация процесса фрезерования приведена в соответствие международным стандартом ДИН и доработана применительно к обработке уступов (рис. 4, 5). Для цилиндрических и торцевых фрез, а также периферийной и торцовой части концевых фрез принято, что глубина резания t измеряется в направлении оси вращения фрезы, а глубина врезания e в рабочей плоскости перпендикулярно подаче (рис. 4, 5). Показано, что положение фрезы относительно фрезеруемой поверхности (боковое, лобовое и т. д.) необходимо характеризовать путем задания двух значений глубины врезания eн и eк, соответствующих началу и концу контакта зуба с обрабатываемой поверхностью, причем при обработке уступов значения глубин резания и врезания необходимо задавать для каждой из обрабатываемых плоскостей (рис. 5). Технологические составляющие силы резания в системе координат, связанной со станком PV, PH, PW, определялись путем проецирования приращений проекций сил на передней и задней поверхностях на технологические оси и последующего интегрирования. Уточнение расчета сил PV и PW, достигнуто благодаря допущению о расположении плоскости стружкообразования перпендикулярно режущей кромке в каждой ее точке. Рис. 4. Схема фрезерования торцовой фрезой Рис. 5. Схема фрезерования концевой фрезой Рис. 6. Сопоставление расчетных и экспериментальных данных при фрезеровании торцовой фрезой (=10º, =8 º, =90 º, =0 º, D=63 мм, Z=1) ен=0, ек=30 мм при различных скоростях резания, подачах Теоретически рассчитанные зависимости технологических составляющих силы фрезерования от характеристик режима резания хорошо согласуются с экспериментальными (рис. 6). Это позволило использовать для обобщения факторов, влияющих на погрешность и шероховатость обработанной поверхности, теоретически рассчитанные технологические составляющие силы фрезерования. Для анализа изменения сил, крутящих моментов, мощности при различных условиях фрезерования были разработаны программы, позволяющие не только определять характеристики фрезерования для конкретного положения зуба фрезы, но и представлять их в виде графиков в зависимости от времени или угла поворота, т. е. моделировать процесс фрезерования (рис. 7). Рис. 7. Графики зависимости сил фрезерования, крутящего момента и мощности при фрезеровании торцовой частью концевой фрезы: D=16 мм, γ=10º, φ=90º, Z=4, h3=0,1 мм, Sz=0,1 мм/зуб, е=8 мм, t=0,5 мм Анализ результатов, полученных с помощью расчета и моделирования, позволил сформулировать принцип квазиравномерного фрезерования, заключающийся в целесообразности одновременной работы 1 зуба и минимизации времени холостого хода фрезы, а также оценить значение сил, действующих на задней и передней поверхности инструмента, амплитуду колебаний и изменение направления технологических составляющих силы фрезерования (РH и РV) и установить влияние числа одновременно работающих зубьев на величину сил, мощности и погрешностей обработки. Для условий квазиравномерного фрезерования получены формулы, позволяющие рассчитывать рациональное количество зубьев фрезы: (5) Помимо сил рассчитывались температуры на поверхностях режущего лезвия. При этом учитывалось изменение характеристик материала при резании, взаимосвязь пределов текучести и температуры, изменение толщины срезаемого слоя при вращении зуба фрезы, наличие мощного источника теплоты на участке застойной зоны задней поверхности зуба, а также теплоотвод в режущее лезвие. Учет отвода теплоты в режущий инструмент позволил уточнить расчет температуры в пределах 10%. Расчетные температуры на передней поверхности хорошо согласуются с имеющимися экспериментальными данными А.И. Промптова. В работе была получена численная оценка изменения температуры поверхностей режущего лезвия в течение периода резания и холостого хода (рис. 10). Установлено, что температуры поверхностей режущего лезвия в период холостого хода уменьшается примерно на 70% (рис. 8). Полученные результаты подтверждают ранее высказывавшееся некоторыми учеными предположение о существенном колебании температур поверхностей режущего лезвия при фрезеровании, приводящим к циклическим термическим напряжениям. Этим объясняется существенное влияние частоты вращения твердосплавной фрезы на ее стойкость. Рис. 8. Изменение температуры на передней поверхности режущего лезвия фрезы в период резания и холостого хода Сопоставление экспериментальных данных об интенсивностях изнашивания твердосплавного режущего инструмента при фрезеровании с аналогичными данными, полученными при точении, позволило обобщить влияние температуры и частоты вращения фрезы на суммарное время непрерывной работы одного зуба. Получена формула для расчета стойкости фрезы, учитывающая влияние угла контакта и периода холостого хода зуба фрезы: (6) где – интенсивность изнашивания, КМ – коэффициент, учитывающий свойства материала; δmin и θmin – минимальная интенсивность изнашивания и соответствующая ей температура; δmax рац и θmax рац – максимальная рациональная интенсивность изнашивания и соответствующая ей температура, n – частота вращения фрезы, n0 – условно малая частота вращения. На основании выполненных теоретических исследований и использования разработанных программ расширено количество ограничений в математической модели интенсификации операции фрезерования: Sмин → max при следующих ограничениях: (7) , (8) , (9) , (10) (11) , (12) , (13) , (14) , (15) где индекс * − означает допускаемые значения соответствующих величин, индекс (п) − означает, что характеристика рассчитывается по программе, индексы цил и тор означают соответствующие характеристики, определяемые для поверхности, обрабатываемой периферийной или торцовой частью фрезы, θ(п) − температура одной из поверхностей (наибольшая) зуба фрезы. В четвертой главе представлены результаты практического применения и внедрения выполненных исследований в производство и учебный процесс. Приведены рекомендации по оптимизации операции фрезерования уступов стальных деталей с учетом технологических ограничений с помощью разработанной программы анализа операции обработки уступа, путем последовательного приближения и варьирования факторов, характеризующих конструктивные, геометрические параметры фрезы, режимы резания. Рис. 9. Зависимость частоты вращения твердосплавной (а), быстрорежущей (б) фрезы и погрешности обработки от подачи на зуб: сталь (НВ 1800 МПа), α = 6º, λ = 36º, γ = 10º, ет= 8 мм, ец =7 мм, tт= r = 0,5 мм, tц = 15,5 мм Выявлено, что черновое фрезерование сталей концевыми фрезами обеспечивает 10–11 квалитеты точности. Установлено, что с уменьшением диаметра твердосплавной фрезы возрастает роль ограничения по стойкости, связанного с влиянием частоты вращения на интенсивности изнашивания режущего лезвия. В этом случае применение быстрорежущих концевых фрез малых диаметров может быть более целесообразным, чем твердосплавных (рис. 9). При чистовой обработке режимы фрезерования ограничиваются не стойкостью фрезы, а рациональной температурой на поверхностях зуба. При этом твердосплавные фрезы оказались более производительными, чем быстрорежущие. Выполненный анализ показал целесообразность уменьшения диаметра фрезы, как при черновом, так и при чистовом фрезеровании. Этот вывод согласуется с рекомендациями нормативов режимов резания, полученными на основании обобщения эмпирических данных. Обоснованы рекомендации по назначению рационального числа зубьев фрезы по формулам 1.5. Выявлено, что рациональное количество зубьев концевой фрезы ограничивается условиями ее работы на торцовой части. Рис. 10. Интерфейс программы по расчету и моделированию характеристик фрезерования при обработке уступа Разработанные для анализа операций фрезерования программы (в приложении Microsoft Office Exel), позволяют (пример программы приведен на рис. 10): определять в графической и численной форме распределение температур по передней и задней поверхности зуба фрезы, максимальные и средние температуры; рассчитывать технологические составляющие силы фрезерования для различных угловых положений зуба фрезы; оценивать погрешности обработки, связанные с силами резания и изнашиванием инструмента, шероховатость обработанных поверхностей и прогнозируемую стойкость режущего инструмента; назначать геометрические параметры фрез и режимы резания, соответствующие максимальной производительности с учетом технологических требований и ограничений. Результаты, полученные с помощью разработанной программы, сопоставлены с общемашиностроительными нормативами режимов фрезерования. Проведенные исследования позволили оценить влияние угла наклона режущей кромки на технологические составляющие технологические составляющие технологические составляющие силы фрезерования. Установленные расчетом рациональные значения угла наклона режущей кромки для концевых (λ = 30−40º) и дисковых фрез (λ до 15º) хорошо согласуется с значениями этих углов, полученными опытном путем и фактически использующимися на производстве (рис. 11). а) б) Рис. 11. Графики зависимости технологических составляющих силы фрезерования от угла наклона режущей кромки при обработке стали НВ 1800 МПа концевой твердосплавной фрезой D=16 мм, Z=4, h3=0,3 мм, Sz=0,1 мм/зуб, n=2250 об/мин Кроме того моделирование операций фрезерования позволило учесть влияние критерия затупления по задней кромке h3, которое в ранее не учитывалось. Показано, что его выбор в каждом конкретном случае должен быть обоснован путем анализа и оптимизации операции с учетом технологических ограничений. Сопоставление результатов моделирования с известными нормативами выявило удовлетворительное совпадение только для условий резания, в которых проводились опыты. Рекомендации, полученные экстраполяцией эмпирических зависимостей за пределы областей проведения экспериментов, существенно отличались от расчетных (рис. 12). а) б) Рис. 12. Сопоставление расчетных значений с рекомендованными общемашиностроительными нормативами скоростей резания от подачи при фрезеровании стали НВ 2100 (а) торцовой фрезой из Р6М5 (а): D=80 мм, Z=4, t=1,5 мм, φ=90º, B/D=0,6) и Т15К10 (б): D=125 мм, Z=6, φ=90º, Z=10, γ=0 º, α=12 º, λ=12 º, R=1 мм, В/D=0,5, t=3 мм) В качестве еще одного практического приложения разработанной модели интенсификации фрезерования рассматривалась задача оптимизации конструктивных параметров фасонной фрезы и режимов фрезерования при восстановлении профиля железнодорожного колеса. Используемая в настоящее время фасонная фреза в ряде случаев не обеспечивала требований к точности восстанавливаемого профиля. Рис. 13. Схема фрезерования при восстановлении профиля железнодорожного колеса и расположение режущих элементов на развертке поверхности резания Моделирование и анализ показали, что наибольший диаметр фрезы может быть уменьшен в 1,5 раза. Количество режущих элементов уменьшено со 126 до 42 за счет приближения формы режущих пластин к форме профиля колеса. Для этого использованы стандартные твердосплавные пластины шестигранной формы с углом 80 град. Это обеспечивает требуемую шероховатость и повышает надежность работы фрезы за счет дублирования обработки каждого участка профиля тремя режущими зубьями (рис. 13). Обосновано рациональное расположение режущих элементов, обеспечивающее одновременную работу 2−3 зубьев (θм), уменьшающее по сравнению с аналогом суммарную ширину срезаемого слоя. Для достижения требуемой равномерности фрезерования и точности обработки изменена схема фрезерования. Учитывая значительные колебания припуска обрабатываемых колес, принята схема фрезерования с постоянной глубиной врезания за счет регулирования поперечной подачи фрезы (рис. 13). Благодаря формуле для определения максимального угла контакта фрезы с обрабатываемым колесом, учитывающей кривизну обрабатываемой поверхности, точность определения толщины срезаемого слоя повышена на 10%: . (16) а) б) в) Рис. 14. Влияние глубины врезания (снимаемого припуска) на колебания силы PV: а) е =2 мм, б) е = 4 мм, в) е = 8 мм Рациональные диаметр, углы наклона режущих лезвий, глубины врезания (рис. 14), критерий затупления выбирались на основе анализа операции с учетом технологических ограничений по точности, шероховатости и износостойкости инструмента. Рекомендации по назначению режимов фрезерования железнодорожного колеса даны для широкого изменения твердости.

Похожие:

	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Цель урока: ввести понятие параллельных плоскостей. Доказать признак параллельности двух плоскостей		Памятка учебной дисциплины “Силовые агрегаты” для студентов групп... Целью изучения дисциплины является освоение студентами конструкций автомобильных силовых агрегатов и других типов двигателей транспортно-технологических...
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Интенсификация учебного процесса на основе схемных и знаковых моделей. Опорные конспекты на уроках русского языка		Рабочая программа по дисциплине опд. Ф. 08 Моделирование и оптимизация... Курс «Моделирование и оптимизация технологических процессов» является прикладной наукой, занимающейся вопросами моделирования рациональных...
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Школа работает над темой «Интенсификация учебно-воспитательного процесса на основе совершенствования педагогического мастерства учителя...		«Интенсификация учебно-воспитательного процесса гимназии на основе... «Элистинская многопрофильная гимназия личностно ориентированного обучения и воспитания»
	Рабочая программа по дисциплине опд. Ф. 08 Моделирование и оптимизация Курс «Моделирование и оптимизация технологических процессов» является прикладной наукой, занимающейся вопросами моделирования рациональных...		Разработка и исследование технологических основ процесса фотонностимулированного... Разработка и исследование технологических основ процесса фотонностимулированного локального анодного окисления наноструктур на основе...
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... «Детский сад №38 «Солнышко» комбинированного вида г. Орска» (далее – Учреждение) с учетом требований действующих нормативно-правовых...		Учебно-методический комплекс по Философии Учебно-методический комплекс «Философия» составлен на основе учебной программы курса, требований федеральных, региональных и вузовских...
	Программа дисциплины дпп. Дс. 04 Технология обработки металлов томск... Целью преподавания дисциплины «Технология обработки металлов» является приобретение студентами системы знаний, необходимых для анализа...		Интенсификация растворения кольматирующих отложений водозаборных скважин Поэтому для повышения качества и сокращения времени обработки актуальной является задача интенсификации растворения отложений
	Пояснительная записка Данная программа к учебникам Технология. Обслуживающий... Технология ведения дома общего образования и Требований к результатам обучения,представленных в Стандарте основного общего образования....		Интенсификация процесса производства молокосодержащих консервов Федеральное Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Омский Государственный
	Пояснительная записка данная рабочая программа по математике для... Примерной программы основного общего образования, с учетом требований федерального компонента государственного стандарта основного...		Рабочая программа по технологии для 10 класса (Составлена в соответствии... Составлена в соответствии с программой основного общего образования учётом требований Федерального компонента государственного стандарта...