Влияние прочностных характеристик режущего инструмента на производительность обработки железоуглеродистых сплавов Выполнил студент VI курса группы МИ-81 м, ММИ Задорожний С. А. Дипломный руководитель д. т. н. , проф. Девин Л. Н.
Цель Повышение производительности сборных режущих инструментов на основе результатов исследования НДС и прочности сменных пластин из разных инструментальных материалов. Задачи n n n n Рассмотреть существующие виды инструментальных материалов. Провести экспериментальные исследования по определению составляющих сил резания при обработке закаленной стали ШХ 15 резцом с ПСТМ на основе КНБ. Экспериментально определить длину контакта стружки с передней поверхностью инструмента из ПСТМ на основе КНБ. Аналитически определить составляющие силы резания и контактные напряжения на передней поверхности РИ для остальных инструментальных материалов. Моделирование напряженного состояния РИ. Анализ влияния геометрических параметров РИ и режимов резания на НДС. Дать рекомендации по применению РИ, с целью увеличения эффективности лезвийной обработки железоуглеродистых сплавов.
ВК 8: Co-8%, WC-92% Т 15 К 6: Co-6%, Ti. C-15%, WC-79% ВОК-71 Al 2 O 3 -60%, Ti. C-40% НА ОСНОВЕ НИТРИДА БОРА КЕРАМИКА НА ОСНОВЕ АЛМАЗА НИТРИДНАЯ ОКСИДНО-НИТРИДНАЯ ТВЕРДЫЕ СПЛАВЫ ОКСИДНО-КАРБИДНАЯ ОКСИДНАЯ БЕЗВОЛЬФРАМОВЫЕ ТИТАНО-ТАНТАЛО-ВОЛЬФРАМОКОБАЛЬТОВЫЕ ТИТАНО-ВОЛЬФРАМОКОБАЛЬТОВЫЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ ВОЛЬФРАМОКОБАЛЬТОВЫЕ БЫСТРОРЕЖУЩИЕ ЛЕГИРОВАННЫЕ УГЛЕРОДИСТЫЕ ОСНОВНЫЕ ГРУППЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ СТМ ПСТМ на основе КНБ марки «киборит»
Оборудование, материалы и инструмент для проведения экспериментов Инструмент: Резец с механическим закреплением СМНП из ПСТМ на основе КНБ. Геометрические параметры: Режимы резания: Рисунок 1 - Токарно-винторезный станок ФТ-11 Таблица 1 - Химический состав и твердость обрабатываемого материала Сталь Химический состав % (не более) HRC/HB C Si Mn Cr P S Ni Cu ШХ-15 0, 951, 05 0, 170, 37 0, 200, 40 1, 301, 65 0, 027 0, 020 0, 30 0, 25 62 -64 СЧ 4060 3, 2 0, 010, 02 0, 150, 60 до 0, 12 0, 050, 1 - 207 -269 2, 3 -2, 6 0, 5 -0, 8
Экспериментальное определение сил резания при точении закаленной стали ШХ 15 резцом из ПСТМ на основе КНБ Резец Усилитель n Динамометр n n АЦП n n Станок ПК Основные элементы Автоматизированной системы: Токарно-винторезный станок ФТ-11 Динамометр УДМ-600 Усилитель 16 битный АЦП ADA-1406 Персональный компьютер
Экспериментальное определение длины контакта стружки с передней поверхностью инструмента из ПСТМ на основе КНБ а б Рисунок 7 - Вид контактных участков инструмента после точения стали ШХ 15 (s = 0, 14 мм/об; t = 0, 2 мм); а – v = 1, 0 м/с; б – v = 1, 5 м/с Таблица 2 - Усадка, расчетная и экспериментальная длина контакта стружки, активная длина режущей кромки и площадь контакта при точении стали ШХ 15 S, v, м/с мм/о б 1, 0 1, 5 0, 14 2, 0 2, 5 t, мм 0, 2 ζ Cексп. , мм Срасчт. , мм bексп. , мм bрасчт. , мм A, мм 2 3, 4 3, 0 2, 5 2, 3 0, 245 0, 221 0, 178 0, 158 0, 231 0, 201 0, 165 0, 151 1, 33 1, 34 1, 32 1, 31 1, 35 0, 321 0, 278 0, 231 0, 213
Рисунок 8 - Зависимость экспериментальной – 1 и расчетной – 2 длины контакта стружки с инструментом, а также усадки стружки – 3 от скорости резания при точении стали ШХ 15 (S = 0, 14 мм/об; t = 0, 2 мм) Расчетные значения длины контакта стружки с инструментом получены по формуле Ю. А. Розенберга:
Методика аналитическое определение составляющих сил резания и контактных напряжений при точении 1) 2) Рисунок 10 - Расчетная схема определения сил резания Рисунок 9 - Расчетная схема процесса резания Толщина среза: Ширина среза: 3) Периметр рабочих участков режущих кромок: Рисунок 11 - Схема действия сил на передней поверхности инструмента
Рисунок 12 - Диаграмма зависимости среднего контактного давления от подачи и глубины резания при обработке ШХ 15 резцом из Т 15 К 6 при скорости
Закон распределения напряжение на передней и задней поверхностях инструмента: а б в г Рисунок 13 - Схемы распределения напряжений на контактных поверхностях инструмента а – нормальное напряжение на передней поверхности; б – касательно напряжение на передней поверхности; в – нормальное напряжение на задней поверхности; г – касательно напряжение на задней поверхности.
Оценка напряженно-деформированного состояние (НДС) режущего инструмента - критерий Писаренко-Лебедева Рисунок 14 - Величина эквивалентных напряжений по Писаренко. Лебедеву (а) и максимальных нормальных напряжений (б) при S=0, 08 мм/об, t=0, 3 мм Рисунок 15 - Конечно-элементная модель режущего клина (2 D) Рисунок 16 - Эквивалентные напряжения за Писаренко-Лебедевым в осевом сечении РИ
Обработка закаленной стали ШХ 15 резцом из ПСТМ на основе КНБ «киборит» Рисунок 17 - Зависимость максимальных эквивалентных напряжений по Писаренко-Лебедеву от подачи и глубины резания при скорости Обработка СЧ 40 -60 резцом из ПСТМ на основе КНБ «киборит» Рисунок 18 - Зависимость максимальных эквивалентных напряжений по Писаренко-Лебедеву от подачи и глубины резания при скорости
Оценка напряженно-деформированного состояние (НДС) режущего инструмента при обработке с ударами ) Рисунок 20 - Схема точения при: а – стационарном точении; б- при прерывистом точении. Рисунок 19 - Схема приложения нагрузки: а – при статическом нагружении; б – при динамическом нагружении. Рисунок 21 - Сравнительный график максимальных эквивалентных напряжений по Писаренко-Лебедеву и допустимых критических подач при обработке ШХ 15 резцом из ПСТМ на основе КНБ
Рекомендации по применению РИ с целью повышения эффективности процесса лезвийной обработки стали ШХ 15 и чугуна СЧ 40 -60 Рисунок 22 - Диаграмма производительности обработки при точении ШХ 15 разными инструментальными материалами в зависимости от геометрии инструмента и глубины резания Таблица 3 - Геометрические параметры инструмента и режимы резания при обработке ШХ 15 при разных глубинах резания. t=0, 1 мм t=0, 3 мм ВОК-71 Передний угол, град -10 -10 Задний угол, град 10 10 10 Геометрия инструмента Режимы резания t=0, 5 мм КНБ «киборит» Скорость резания 150 90 Продольная подача 0, 38 0, 19
Рисунок 22 - Диаграмма производительности обработки при точении СЧ 40 -60 разными инструментальными материалами в зависимости от геометрии инструмента и глубины резания Таблица 3 - Геометрические параметры инструмента и режимы резания при обработке СЧ 40 -60 при разных глубинах резания. t=1 мм t=2 мм КНБ «киборит» Передний угол, град -10 -10 Задний угол, град 10 10 10 Геометрия инструмента Режимы резания t=3 мм ВОК-71 Скорость резания 700 500 Продольная подача 0, 38 0, 19
Ø Получена математическая модель расчета сил резания при обработке сталей и чугунов с использованием инструментов, оснащенных разными типами инструментальных материалов. Ø Получен алгоритм для определения максимально-допустимой подачи в процессе расчета на прочность режущего клина методом конечных элементов, который учитывает геометрию режущего инструмента и его физико-механические свойства. Ø Получены диаграммы, которые дают возможность оптимизировать за критерием максимальной продуктивности процессов черновой и получистовой обработки закаленных сталей и высокопрочных чугунов.
Скачать презентацию Влияние прочностных характеристик режущего инструмента на производительность обработки
3be4fbb38cdda17a6d16117f067c54c0.ppt