Татьянченко Олександр Григорович. Теоретичні основи прогнозування термопружних деформацій осьового інструменту і деталі і їх вплив на точність обробки отворів

Краткое описание

Татьянченко Олександр Григорович. Теоретичні основи прогнозування термопружних деформацій осьового інструменту і деталі і їх вплив на точність обробки отворів : Дис... д-ра наук: 05.03.01 2007

Татьянченко О.Г.Теоретичні основи прогнозування термопружних деформацій осьового інструмента і деталі і їх вплив на точність обробки отворів. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.03.01 Процеси механічної обробки, верстати та інструменти. ДВНЗ «Донецький національний технічний університет », Донецьк, 2006.
Дисертацію присвячено підвищенню точності обробки отворів осьовим лезовим інструментом за рахунок усунення похибок поздовжнього профілю отворів на підставі нових методів обробки із урахуванням особливостей контактних і термопружних процесів в зоні контакту інструмента і деталі.
Розробленокомплексну математичну модель утворення похибки поздовжнього перетину отвору, що вперше ураховує нелінійность термопружних деформацій деталі по глибині отвору, а також пружно-пластичні деформації деталі, на підставі якої встановлено, що основною причиною виникнення бочкоподібної форми на початку отвору є температурні деформації інструмента, а в середині та кінці отвору температурні деформації деталі в зоні різання.
Уперше запропоновано способи прогнозування форми і розмірів поздовжнього профілю отворів і ефективні способи усунення похибки поздовжнього перетину отворів при чистовій обробці осьовим лезовим інструментом за рахунок використання прогресивних конструкцій інструмента і керування робочими процесами в зоні різання.

Основний результат роботи - розробка теоретичних основ прогнозування і усунення похибки поздовжнього профілю отвору при чистовій обробці осьовим інструментом, що дозволило розв'язати важливу науково-технічну проблему підвищення точності отворів.
1. На основі розробленої моделі контактної взаємодії при обробці отворів, методів прогнозування контактних деформацій і чисельного моделювання встановлено, що основну частину (понад 80%) контактних деформацій по задній поверхні інструменту складають пластичні деформації поверхні деталі, які не роблять впливу на точність обробки. Пружні деформації інструменту і деталі, загальна частка яких не перевищує 20%, сприяють усадці отвору і повинні враховуватися при оцінці точності його обробки. Сумарна величина пружних деформацій при чистовій обробці отворів досягає 0,5-2 мкм при розвертуванні і 2-4 мкм при зенкеруванні.
2. Запропонований спосіб визначення кута зсуву при обробці отворів, який враховує вплив кривини оброблюваних поверхонь і температури в зоні різання. Встановлено, що вплив кривини оброблюваної поверхні досягає 30% (для отворів малого діаметру при = 0) і істотно зменшується при збільшенні переднього кута, а вплив температури на кут зсуву при чистовій обробці отвору досягає 5%.
3. Розроблена математична модель формування теплового балансу при обробці отворів з урахуванням вторинного теплообміну. Встановлено, що основну частку (понад 60%) тепла, складає теплота, що виділилася за рахунок тертя по стрічках, що калібрують, які виконують визначальну роль у формуванні теплового балансу при несталому теплообміні за рахунок відведення тепла від більш нагрітого інструменту до деталі. При цьому домінуючим чинником, що визначає температуру в зоні різання при обробці отворів є масова теплоємність деталі.
4. На основі аналітичних моделей поперечних зміщень осі інструменту від дії неврівноваженої радіальної сили різання встановлено, що в інтервалі робочих температур, характерних для умов чистової обробки отворів, збільшення зміщення осі одновимірного інструменту за рахунок зміни модуля пружності матеріалу інструменту при нагріві не перевищує 0,5-1% при розвертуванні і 2-3,5% при зенкеруванні.
5. Розроблені математичні моделі розповсюдження тепла і утворення термопружних деформацій в деталі типу циліндрової втулки. Вперше встановлений і підтверджений результатами чисельного моделювання нелінійний характер зміни температури і нелінійний характер розвитку температурних деформацій деталі в зоні різання по глибині отвору при чистовій обробці осьовим інструментом. Встановлено, що область інтенсивного нагріву деталі в зоні різання обмежена і складає 3-10 мм по глибині отвору і 3-7 мм по товщині деталі. Встановлено, що температурні деформації деталі у середині отвору сприяють його розбиттю, а на початку і кінці отвору залежно від режимів різання можуть сприяти як розбиттю, так і усадці.
6. Розроблена комплексна математична модель утворення похибки поздовжнього профілю отвору, на підставі якої встановлено, що його бочкоподібна форма є слідством температурних деформацій інструменту і деталі в зоні різання. Основною причиною бочкоподібності на початку отвору є температурні деформації інструменту, в кінці отвору - температурні деформації деталі. Основними причинами розбиття отвору є температурні деформації інструменту і деталі і зміщення осі інструменту.
7. Проведені експериментальні дослідження впливу виду осьового інструменту, способу обробки і режимів різання на форму і розміри поздовжнього профілю отвору, які підтвердили адекватність розробленої комплексної математичної моделі утворення похибки поздовжнього профілю. Розбіжність експериментальних і розрахункових значень розбиття отвору при розвертуванні не перевищувала 7%, а значень бочкоподібності - 15%. Найбільш суттєвий вплив на розбиття отвору надає швидкість різання.
8. Розроблені способи прогнозування форми і розмірів поздовжнього профілю отвору і способи зменшення його похибок за рахунок різних технічних і технологічних рішень. Використовування запропонованих конструкцій осьового інструменту, впроваджених на ВАТ «Вінницький інструментальний завод» (м. Вінниця), і способів обробки отворів при обробці деталей гідро- і пневмоапаратури на ВАТ «Гормаш» (м. Донецьк), ВАТ «КМЗ» (м. Красноармійськ) і ВО «Укруглемаш» дозволило понизити розбиття отворів до 3,6 разів, бочкоподібність до 3,9 разів і дало економічний ефект в 135 тис грн. за рахунок збільшення стійкості інструменту і оптимізації технологічного процесу.