Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Процессы механической обработки, станки и инструменты

Диссертационная работа:

Кузнецов Алексей Михайлович. Повышение эффективности фрезерования композиционных древесных материалов мелкозернистым твёрдосплавным инструментом : диссертация ... кандидата технических наук : 05.03.01 / Кузнецов Алексей Михайлович; [Место защиты: Иркут. гос. техн. ун-т].- Иркутск, 2009.- 217 с.: ил. РГБ ОД, 61 09-5/1726

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 6

1. Анализ состояния проблемы. Цель и задачи исследования ....11

  1. Конструкции инструмента и инструментальные материалы, применяемые для обработки труднообрабатываемых композиционных материалов 11

  2. Требования, предъявляемые к фрезерному инструменту для обработки труднообрабатываемых материалов -Л 5

  3. Причины изнашивания фрезерного твердосплавного инструмента 16

  4. Процесс износа твердосплавного инструмента при фрезеровании кромок ДСтП 24

  5. Методы повышения износостойкости инструментальных материалов 25

  6. Возможности совершенствования конструкций дереворежущего

инструмента 29

Выводы по первой главе 31

2. Методики проведения исследований 33

  1. Приборы, оборудование, оснастка, материалы для проведения исследований 33

  2. Методы определения износа режущего инструмента 35

  3. Факторы, влияющие на процесс фрезерования 39

  1. Выбор постоянных факторов 40

  2. Выбор переменных факторов 42

2.4. Определение необходимого количества измерений 43

2.5. Определение шероховатости поверхности при фрезеровании
ДСтП 44

2.6. Определение критерия затупления 44

2.7. Выбор метода математического планирования и построение мат
рицы планирования 46

2.8 Расчёт напряженного состояния материала резца вблизи режущей

кромки при затачивании 51

2.8.1 Математическая постановка задачи о напряженно-
деформированном состоянии материала режущего элемента вблизи режущей
кромки 53

  1. Основные допущения 53

  2. Формализация задачи, выбор координатной системы....54

  3. Уравнение равновесия и краевые условия в декартовой системе координат 55

  4. Уравнение равновесия и краевые условия в полярной системе координат 58

2.8.2. Решение классической задачи о нагруженном состоянии ма
териала резца в окрестностях острой режущей кромки 60

  1. Сосредоточенная нагрузка на острие клина 60

  2. Действие на режущий элемент распределенной нагрузки постоянной интенсивности 64

  3. Действующая нагрузка на режущий элемент, изменяющаяся по линейному закону 67

2.8.3. Результаты расчёта напряжённо-деформированного состоя
ния режущей кромки при заточке инструмента 70

Выводы по второй главе 74

3. Исследование стойкости инструментального материала 77

3.1 Влияние режимов резания и геометрии режущего элемента на
стойкость дереворежущего инструмента, оснащенного твёрдым сплавом
марки ВКЗМ 77

  1. Результаты исследования зоны оптимума 77

  2. Результаты исследований по плану второго порядка 81

3.1.3. Расчёт коэффициентов регрессии и построение квадратичной

модели 82

3.1.4. Проверка адекватности полученной модели 85

3.2. Влияние переменных факторов на стойкость дереворежущего ин
струмента, оснащённого твердым сплавом марки ВКЗМ при обработке
ДСтП 86

  1. Анализ стойкости дереворежущего инструмента в зависимости от скорости резания 86

  2. Анализ стойкости дереворежущего инструмента в зависимости от продольной подачи 93

  3. Анализ стойкости дереворежущего инструмента в зависимости от глубины резания 100

  4. Анализ стойкости дереворежущего инструмента в зависимости от угла заострения режущего элемента 107

Выводы по третьей главе 114

4. Исследования шероховатости обработанной поверхности 115

4.1. Влияние режимов резания и геометрии режущего инструмента на
качество обработанной поверхности ДСтП марки П-1 115

  1. Результаты исследования зоны оптимума 115

  2. Результаты исследований по плану второго порядка 118

  3. Расчёт коэффициентов регрессии и построение квадратичной модели 119

  4. Проверка адекватности полученной модели 121

4.2. Влияние переменных факторов на шероховатость обработанной
поверхности 123

  1. Влияние скорости резания на шероховатость обработанной поверхности 123

  2. Влияние продольной подачи на шероховатость обработанной поверхности 130

4.2.3. Влияния глубины резания на шероховатость обработанной

поверхности 137

4.2.4. Влияние угла заострения режущего элемента на шерохова
тость обработанной поверхности 143

Выводы по четвёртой главе 150

5. Разработка программы и рационализация процесса фрезерова
ния труднообрабатываемых композиционных материалов твёрдо-
сплавным инструментом. Рекомендации
152

5.1. Программа для расчёта рациональных значений режимов резания
и угла заострения режущего элемента 153

  1. Общий вид и назначение программы 153

  2. Настройка программы 154

  3. Ввод данных и результаты расчета программы 158

5.2. Алгоритм расчета режимов резания и угла заострения режущего
элемента 159

5.3 Рекомендации по затачиванию мелкозернистого твердосплавного

инструмента для обработки композиционных материалов 163

Выводы по пятой главе 165

Заключение 167

Список литературы 170

Приложение 1 187

Приложение 2 190

Введение к работе:

Актуальность темы. В настоящее время отмечается существенный рост потребительского спроса на изделия, для изготовления которых широко применяются слоистые пластики, стеклотекстолит, ДСтП, ЦСП и др. В состав этих композиционных материалов входят связующие элементы, которые в процессе обработки, выступают в роли абразива. Это является причиной повышенного износа инструментального материала. Поэтому для достижения высокого качества изготовленных из композиционных материалов деталей и обеспечения высокой эффективности процесса обработки, необходимо использовать инструменты, обладающие высокой износостойкостью. Для повышения износостойкости режущего инструмента наиболее перспективными являются упрочняющие технологии, такие как: лазерное упрочнение, электроискровое легирование, ионно-плазменное упрочнение, алмазное выглаживание, обкатка роликами или шариками и др. Использование указанных методов обуславливает применение специального дорогостоящего оборудования и значительных энергетических затрат. А результаты упрочнения не всегда дают ожидаемые результаты. Наряду с вышеперечисленными методами особого внимания требуют способы повышения износостойкости инструмента, основанные на применении износостойких инструментальных материалов. Однако применение подобных материалов также сопряжено с рядом трудностей их применения вследствие недостаточной изученности свойств новых материалов, физико-механические характеристики которых не всегда соответствуют условиям производства. Например, при высокой износостойкости хрупкий материал, особенно при малых углах заострения режущего инструмента, может стать причиной появления дефектов в виде макро- и микротрещин и сколов, образующихся в процессе затачивания и обуславливающих преждевременный износ инструмента.

Поэтому вполне своевременным является изыскание путей, направленных на улучшение эксплуатационных свойств режущих инструментов для механической обработки труднообрабатываемых композиционных материалов, а использование высокоэффективных режущих инструментов в процессах деревообработки - актуальная задача. Работа выполнена при поддержке гранта в рамках проекта 2.1.2/5996 АВЦП «Развитие научного потенциала высшей школы».

Цель работы. Повышение эксплуатационных характеристик дереворежущих инструментов и качества обработанных ими изделий путём применения рациональных режимов резания и использования усовершенствованной технологии затачивания фрезерного инструмента, используемого для обработки композиционных древесных материалов.

Для реализации поставленной цели целесообразно решить следующие задачи:

  1. Разработать методику расчета напряжений режущей части инструмента в области режущей кромки для различных схем затачивания.

  2. Разработать методику расчетов предельного состояния прочности режущей кромки.

  3. Установить предельные нагрузки, при которых разрушается твердый сплав вблизи режущей кромки.

  4. Разработать рациональные режимы резания и угловые параметры режущего элемента, обеспечивающие заданные стойкость инструмента и шероховатость обработанной поверхности.

Методы исследования. Теоретические исследования выполнены на основе методов классической теории упругости и методов математического планирования экспериментов.

Экспериментальные исследования производились в лабораториях кафедры «Технология машиностроения» ГОУ ВПО БрГУ по плану многофакторного эксперимента второго порядка и включали исследования стойкости фрезерного инструмента и качества обработанной поверхности в зависимости от режимов резания и геометрии режущей части инструмента, а также силы резания в зависимости от метода затачивания режущих элементов.

Вычисления проводились в среде EXCEL и MathCAD, а программирование в среде Visual Basic.

Научная новизна работы заключается в следующем:

Разработана методика определения напряжений режущей части инструмента и методика определения критических напряжений вблизи главной режущей кромки при различных схемах затачивания фрезерного инструмента, оснащенного твердосплавным мелкозернистым сплавом, позволяющая определить величину разрушения режущей кромки инструмента;

Впервые получены математические модели зависимости стойкости мелкозернистого твердосплавного инструмента и шероховатости обработанной поверхности от режимов резания и угла заострения режущих элементов при обработке композиционных древесных материалов;

Установлены рациональные режимы и условия подготовки режущего инструмента к работе, обеспечивающие высокое качество режущего инструмента и производительность обработки композиционных древесных материалов.

Практическая ценность полученных результатов заключается:

в разработанных рекомендациях по выбору рациональных режимов и условий затачивания инструментов, оснащенных мелкозернистым твердосплавным инструментальным материалом с малым содержанием связки (кобальта).

разработке улучшенных сборных конструкций фрез, предназначенных для обработки композиционных древесных материалов имеющих мировой приоритет (Патент РФ № 2257289, № 2325272).

разработанной оригинальной программе для автоматизированного расчета рациональных режимов резания и выбора геометрических значений инструмента в зависимости от требуемых параметров процесса обработки (стойкости, шероховатости, производительности) .

Достоверность Сформулированные в диссертации научные положения, выводы и рекомендации обоснованы теоретическими решениями и экспериментальными данными, полученными в работе, и не противоречат известным положениям; базируются на строго доказанных выводах фундаментальных и прикладных наук; согласуются с производственным опытом создания и совершенствования инструмента.

На защиту выносятся:

методика расчета критических напряжений при затачивании твердосплавного инструмента различными методами;

результаты экспериментальных исследований стойкости фрезерного твердосплавного инструмента при резании труднообрабатываемых композиционных материалов (ДСтП);

результаты экспериментальных исследований качества обработанной поверхности в зависимости от режимов резания и геометрии режущего инструмента;

программа расчета рациональных режимов резання и геометрии режущего инструмента для заданных значений стойкости инструмента, качества обработанной поверхности и производительности процесса фрезерования.

Апробация работы. Результаты работы апробированы и внедрены на ЗАО "Братский деревообрабатывающий завод", ООО "Сибирская лесная компания", ОАО "СибНИИстройдормаш" им. А.Б. Суховского и Центральном конструкторском бюро "Геофизика", а также представлены на выставках с международным участием "Инновация: экономика, социальная сфера, наука, образование" (Иркутск, 2004 г.), "Сибле-сопользование. Деревообработка" (Иркутск, 2004 г.), "Инновации для экономики и социальная сфера" (Иркутск, 2005 г.), "Сиблесопользование. Деревообработка" (Иркутск, 2005 г.), "Инновации для экономики и социальная сфера" (Иркутск, 2006 г.), "Лес. Деревообработка. Мебель" (Томск, 2006 г.), "Сиблесопользование. Деревообработка" (Иркутск, 2006 г.), "Лес. Деревообработка. Мебель" (Томск, 2007 г.) и "Сиблесопользование. Деревообработка" (Иркутск, 2007 г.).

Работа доложена и одобрена на научно-методическом семинаре кафедры «Технология машиностроения» ГОУ ВПО «БрГУ» и научном семинаре факультета технологий и компьютеризации машиностроения ИГТУ.

Публикации. Всего по теме диссертации опубликовано 23 печатные работы, в том числе 5 патентов и одно свидетельство об официальной регистрации программы на ЭВМ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы, включающего в себя 180 наименований, 2 приложений, актов производственных испытаний и внедрения. Основной текст содержит -186 с, 62 рисунков, 82 таблицы.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net