Глембоцька Лариса Євгеніївна Підвищення продуктив­ності оброблення плоских поверхонь деталей з важко- оброблюваних матеріалів шляхом застосування торцевих фрез із ступінчастим розташуванням ножів

Краткое описание

Глембоцька Лариса Євгеніївна, асистент кафедри галузевого машинобудування Житомирського державно­го технологічного університету: «Підвищення продуктив­ності оброблення плоских поверхонь деталей з важко- оброблюваних матеріалів шляхом застосування торцевих фрез із ступінчастим розташуванням ножів» (05.03.01 - процеси механічної обробки, верстати та інструменти). Спецрада К 14.052.02 у Житомирському державному тех­нологічному університеті

Житомирський державний технологічний університет
Міністерство освіти і науки України
Житомирський державний технологічний університет
Міністерство освіти і науки України
Кваліфікаційна наукова
праця на правах рукопису
Глембоцька Лариса Євгеніївна
УДК 621.914.22
ДИСЕРТАЦІЯ
ПІДВИЩЕННЯ ПРОДУКТИВНОСТІ ОБРОБЛЕННЯ ПЛОСКИХ
ПОВЕРХОНЬ ДЕТАЛЕЙ З ВАЖКООБРОБЛЮВАНИХ МАТЕРІАЛІВ
ШЛЯХОМ ЗАСТОСУВАННЯ ТОРЦЕВИХ ФРЕЗ
ІЗ СТУПІНЧАСТИМ РОЗТАШУВАННЯМ НОЖІВ
05.03.01 – Процеси механічної обробки, верстати та інструменти
13 – Механічна інженерія
Подається на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук
Дисертація містить результати власних досліджень. Використання ідей,
результатів і текстів інших авторів мають посилання на відповідне джерело
Л.Є.Глембоцька
Науковий керівник Балицька Наталія Олександрівна,
кандидат технічних наук
Житомир – 2018

ЗМІСТ
ВСТУП 17
РОЗДІЛ 1. АНАЛІЗ ТЕОРЕТИЧНИХ ПЕРЕДУМОВ РОЗРОБКИ НОВИХ
КОНСТРУКЦІЙ ТОРЦЕВИХ ФРЕЗ ДЛЯ ОБРОБЛЕННЯ ПЛОСКИХ
ПОВЕРХОНЬ ДЕТАЛЕЙ З ВАЖКООБРОБЛЮВАНИХ МАТЕРІАЛІВ 26
1.1. Специфіка оброблення різанням плоских поверхонь деталей з
важкооброблюваних матеріалів 26
1.2. Передумови вдосконалення конструкцій торцевих фрез 29
1.2.1. Аналіз існуючих конструкцій торцевих фрез 29
1.2.2. Силові характеристики процесу торцевого фрезерування 32
1.3. Особливості роботи торцевих фрез із ступінчатими схемами різання 38
1.4. Структурно–логічна схема дослідження 45
ВИСНОВКИ ЗА РОЗДІЛОМ 1 45
МЕТА ТА ЗАВДАННЯ ДОСЛІДЖЕННЯ 47
РОЗДІЛ 2. ОБГРУНТУВАННЯ ТА РОЗРОБКА НОВОЇ КОНСТРУКЦІЇ
ТОРЦЕВОЇ ФРЕЗИ ДЛЯ ОБРОБЛЕННЯ ПЛОСКИХ ПОВЕРХОНЬ
ДЕТАЛЕЙ З ВАЖКООБРОБЛЮВАНИХ МАТЕРІАЛІВ 49
2.1. Розробка форми корпусу торцевої фрези 49
2.2. Розробка ступінчастих схем різання 54
2.3. Опис розробленої конструкції ступінчастої торцевої фрези 62
2.4. Профілювання різальної частини ножа торцевої фрези 66
ВИСНОВКИ ЗА РОЗДІЛОМ 2 76
РОЗДІЛ 3. МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСУ ТОРЦЕВОГО ФРЕЗЕРУВАННЯ
ВАЖКООБРОБЛЮВАНИХ МАТЕРІАЛІВ 77
3.1. Математичне моделювання завантаженості різальних кромок ножів
торцевої фрези 77
3.1.1. Методика моделювання завантаженості різальних кромок торцевої
фрези 77
3.1.2. Результати моделювання завантаженості різальних кромок торцевої
фрези 81
15
3.1.3. Імітаційне моделювання завантаженості різальних кромок торцевої
фрези 87
3.2. Фізичне моделювання впливу форми ножа торцевої фрези на силові
характеристики процесу різання 90
3.2.1. Методика дослідження впливу форми ножа ТФ на тангенціальну
складову сили різання 90
3.2.2. Результати експериментального дослідження впливу форми ножа
ТФ на тангенціальну складову сили різання 95
3.3. Комп’ютерне моделювання процесу торцевого фрезерування 100
3.3.1. Методика дослідження впливу форми передньої поверхні ножів
торцевої фрези на силові характеристики процесу 100
3.3.2. Результати дослідження впливу форми передньої поверхні ножів
торцевої фрези на силові характеристики процесу оброблення 103
ВИСНОВКИ ЗА РОЗДІЛОМ 3 106
РОЗДІЛ 4. РЕЗУЛЬТАТИ КОМП’ЮТЕРНОГО МОДЕЛЮВАННЯ ТА
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ ПРОЦЕСУ ТОРЦЕВОГО
ФРЕЗЕРУВАННЯ ПЛОСКИХ ПОВЕРХОНЬ ДЕТАЛЕЙ З
ВАЖКООБРОБЛЮВАНИХ МАТЕРІАЛІВ 108
4.1. Силові характеристики процесу торцевого фрезерування
важкооброблюваних матеріалів 108
4.2. Дослідження шорсткості обробленої поверхні 117
4.3. Продуктивність торцевого фрезерування важкооброблюваних
матеріалів фрезами стандартної та розробленої конструкцій 121
4.4. Рекомендації щодо призначення конструктивних параметрів та
режимів різання при торцевому фрезеруванні важкооброблюваних
матеріалів 123
ВИСНОВКИ ЗА РОЗДІЛОМ 4 125
ВИСНОВКИ 127
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 130
ДОДАТКИ 142

Список литературы

ВИСНОВКИ
У дисертації представлено вирішення актуальної науково-технічної задачі
підвищення продуктивності оброблення плоских поверхонь деталей з
важкооброблюваних матеріалів шляхом застосування торцевих фрез із
ступінчастим розташуванням ножів. А саме:
1. Виконано аналіз умов торцевого фрезерування плоских поверхонь деталей з
важкооброблюваних матеріалів, в результаті чого встановлено, що підвищення
продуктивності оброблення можна забезпечити збільшенням подачі, при умові
підвищення динамічної стабільності процесу різання за рахунок застосування
торцевих фрез прогресивних конструкцій із ступінчастими схемами різання і
циліндричною передньою поверхнею ножів.
2. Розроблено нові схеми різання для торцевого фрезерування плоских
поверхонь деталей з важкооброблюваних матеріалів для умов чорнового,
чистового та напівчистового різання, які забезпечують плавність зростання площ
зрізу, рівномірність зростання навантаження від чистових ножів до чорнових,
практично 100% участю в роботі ножів ТФ (при максимальній глибині різання).
3. Розроблено нову конструкцію експериментальної торцевої фрези
діаметром 200 мм із 12 ножами з циліндричною передньою поверхнею, що
розташовані на корпусі тороїдальної форми за спіраллю Ферма, яка забезпечує
можливість реалізації різних ступінчастих схем різання.
4. На основі розробленої математичної моделі завантаженості круглих
різальних кромок торцевої фрези із ступінчастим розташуванням ножів
розраховано та проаналізовано зміну величин елементів зрізу кожного ножа
розробленої торцевої фрези на всій дузі контакту інструмента із заготовкою.
Досліджено вплив величини подачі, конструктивних параметрів фрези і
положення ножа на дузі контакту на товщину, ширину, площу зрізу, в
результаті чого визначено їх оптимальні значення та надано рекомендації по
вибору раціональних значень конструктивних параметрів торцевої фрези, які
забезпечують плавне зростання навантаження на ножі різних ступеней фрези.
128
Так, при глибині фрезерування 3 мм доцільно прийняти кут нахилу різальних
вузлів – 6º та задній кут – 16º.
5. В результаті фізичного та комп’ютерного моделювання процесу
торцевого фрезерування обґрунтовано доцільність застосування циліндричної
передньої поверхні ножів. За допомогою фізичного моделювання встановлено,
що тангенціальна складова сили різання при обробленні ножами з
циліндричною передньою поверхнею в 1,88–2,00 рази менше, ніж при
обробленні круглими пластинами з плоскою передньою поверхнею. За
допомогою комп'ютерного моделювання в середовищі Deform 3d,
встановлено, що сила удару при врізанні в заготовку для ножа з циліндричною
передньою поверхнею ножа близько 2 разів менша, ніж для ножа з плоскою
передньою поверхнею.
6. У результаті проведених експериментальних та виробничих досліджень
процесу торцевого фрезерування оброблення плоских поверхонь деталей з
важкооброблюваних матеріалів фрезами розробленої та стандартної конструкцій
встановлено, що при обробленні високоміцної сталі 38ХС, загартованої до
твердості 40 – 45 HRC, ступінчастою фрезою забезпечується зменшення складової
Pz сили різання в 1,5 рази, а при обробленні титанового сплаву – в 1,41 рази. При
цьому при зазначених режимах різання при обробленні високоміцної сталі
розробленою торцевою фрезою інтенсивність вібрацій в 1,17 рази менша, ніж при
роботі стандартною фрезою, а при обробленні титанового сплаву – в 1,11 рази.
Разом з тим, встановлено, що ступінчаста ТФ забезпечує зменшення шорсткості
поверхні при зазначених режимах різання приблизно до 1,95 разів для
високоміцної сталі.
7. Розроблено рекомендації щодо режиму експлуатації ступінчастої торцевої
фрези конструкції, реалізація яких забезпечила підвищення продуктивності
оброблення плоских поверхонь з важкооброблюваних матеріалів в межах
1,27 рази порівняно з обробленням стандартною торцевою фрезою за рахунок
збільшення подачі (з 63 до 80 мм/хв), при цьому шорсткість обробленої поверхні –
Ra 0,42 мкм.
129
8. Розроблена ступінчаста торцева фреза та керівні матеріали щодо
раціональної експлуатації інструмента передані для впровадження у виробництво
на ТОВ «Завод «Металіст» (м. Житомир) для оброблення плоских поверхонь
деталей з важкооброблюваних матеріалів. При цьому було досягнуто підвищення
продуктивності в 1,28 рази з очікуваним річним економічним ефектом 24107 грн.