Общая характеристика работы

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. С развитием научно-технического прогресса в машиностроении непрерывно повышаются требования к качеству металлорежущего лезвийного инструмента. Особенно это необходимо для фрез, работающих в сложных условиях эксплуатации. Фрезы это один из самых распространенных инструментов в машиностроении, применяемых для формообразования поверхностей изделия и обеспечения заданных параметров его качества.

В настоящее время, приблизительно% всей лезвийной обработки изделий машиностроения приходится на операции фрезерования. При этом до 70% применяемых в этом процессе фрез имеют переменную скорость резания по длине режущей кромки зубьев. К подобным фрезам можно отнести следующие: полукруглые выпуклые и вогнутые, угловые, фасонные разных профилей, торцевые, модульные цилиндрические и червячные фрезы, специальные и другие фрезы. Переменная скорость резания на режущей кромке зуба фрезы обуславливается конструктивными особенностями фрезы, а именно пространственным расположением режущей кромки зуба относительно продольной оси вращения фрезы. Вследствие этого каждая точка режущей кромки зуба фрезы эксплуатируется в неодинаковых условиях. В зоне режущей кромки зуба, располагающейся на периферии фрезы, скорость резания имеет максимальное значение, при этом в зоне, располагающейся возле оси вращения фрезы – скорость резания минимальная, между этими зонами скорость резания имеет промежуточное значение.

В связи с возникающими неравномерными скоростями резания по длине режущих кромок зубьев они изнашиваются неравномерно, обычно предельный износ режущих кромок происходит в зонах с максимальной скоростью резания. Неравномерность изнашивания режущих кромок зубьев фрезы приводит к снижению стойкости и производительности работы фрезы, а также к не полному использованию потенциала работы режущих кромок зубьев и соответственно всей фрезы в целом, имеющей переменную скорость резания по длине режущих кромок зубьев.

Выполненные исследования позволили установить, что в настоящее время нет основополагающих данных по увеличению стойкости и производительности фрез, работающих в условиях переменных скоростей резания по длине режущей кромки зуба, за счет обеспечения изменяющихся свойств режущей кромки зубьев фрезы по ее длине в зависимости от особенностей действия эксплуатационных функций, на базе разработки специальных технологических методов и технологического обеспечения.

На основании вышеизложенного, данная работа посвящена решению вопросов создания рациональной структуры технологического процесса повышения стойкости и производительности фрез, работающих в условиях переменных скоростей резания по длине режущей кромки зуба, на основе установления связей и закономерностей обеспечения нетрадиционных изменяющихся свойств режущих кромок зубьев фрезы.

Связь работы с научными программами, планами, темами.

Работа выполнялась на кафедре «Технология машиностроения» в ГВУЗ «Донецкий национальный технический университет» в рамках государственных научно-исследовательских тем: 2010 г. «Основи синтезу функціонально-орієнтованих технологій машинобудування» (№ государственной регистрации 0110U001528), 2011 г. «Технологічне забезпечення якості та ефективність виготовлення деталей машин» (№ Н 14-08), гг. «Синтез технологічного забезпечення виготовлення із зубчастими вінцями» (№ Н 18-11), а также в рамках международного научного проекта гг. «Изучение влияния различных методов интенсификации процесса резания труднообрабатываемых материалов на стойкость инструментов с покрытием». Представленная работа велась на основании международного договора о сотрудничестве между ДонНТУ и Таганрогским технологическим институтом ЮФУ (Россия) и выполнения совместной научно-исследовательской работы «Теоретико-экспериментальные исследования формирования качественных характеристик поверхностного слоя деталей из конструкционных материалов при механической обработке».

Цель и задачи исследования. Целью данной работы является повышение стойкости, работающих в условиях наличия неравномерных скоростей резания по длине режущих кромок зубьев, за счет обеспечения изменяющихся свойств режущих кромок зубьев по их длине в зависимости от действующих эксплуатационных функций и длительного сохранения этих свойств, путем реализации функционально-ориентированного технологического процесса и необходимого технологического обеспечения, а также применения специальных композиционных покрытий.

Для достижения поставленной цели, в работе необходимо решить следующие задачи:

1. Выполнить исследования и установить особенности работы фрез с переменными скоростями резания по длине режущей кромки зубьев. Определить величины изменения скорости резания по длине режущей кромки зуба для различных типов фрез.

2. Предложить технологические методы повышения качества работы фрез с переменными скоростями резания по длине режущей кромке зубьев.

3. Разработать принципы повышения стойкости и производительности работы фрез с переменными скоростями резания по длине режущей кромки зубьев.

4.Предложить общий подход в создании функционально-ориентированного технологического процесса в обеспечении свойств режущих кромок зубьев в зависимости от особенностей действия переменных скоростей резания по длине режущей кромки. Установить связи между операциями технологического процесса для обеспечения заданных свойств режущих кромок зубьев фрез.

5. Разработать технологическое обеспечение для реализации заданных свойств режущих кромок зубьев в зависимости от особенностей действия переменных скоростей резания по длине режущей кромки. Исследовать особенности технологического процесса обеспечения, сохранения и снижения износа режущих кромок с переменными свойствами по длине режущих кромок на базе вакуумных ионно-плазменных покрытий.

6. Выполнить синтез конкретного технологического процесса обеспечения заданных параметров стойкости и производительности фрез в зависимости от особенностей действия переменных скоростей резания по длине режущей кромки.

7. Разработать методику экспериментальных исследований по определению стойкости фрез с изменяющимися свойствами режущих кромок зубьев по их длине. Выполнить сравнительные экспериментальные исследования стойкости предлагаемых и стандартных фрез.

8. Разработать рекомендации по повышению производительности и стойкости фрез имеющих неравномерные скорости резания по длине режущих кромок зубьев. Внедрить результаты работы в производство.

Объект исследования – технология изготовления фрез из быстрорежущей стали, имеющих переменную скорость резания по длине режущей кромки зуба.

Предмет исследования – структура и параметры технологического процесса изготовления фрез, имеющих переменную скорость резания по длине режущей кромки зуба, а также связи и закономерности выполнения операций.

Методы исследования – основные положения технологии машиностроения, основы синтеза функционально-ориентированных технологий машиностроения и системного подходов. Принципы теории производительности, теории множеств, морфологического синтеза структуры операций технологических процессов, экспериментальные исследования базировались на методах планирования эксперимента, обработку результатов экспериментов проводили с помощью статистических методов.

Научная новизна полученных результатов.

Научная новизна работы основана на следующих технологических особенностях обеспечения свойств фрез, имеющих переменную скорость резания по длине режущей кромки зубьев:

1. Исследованы особенности работы режущей кромки зуба фрезы, имеющей переменную скорость резания по ее длине для различных типов фрез. При этом установлено, что в связи с переменностью скорости резания по длине режущей кромки, наличием максимальной и минимальной скоростью резания, в различных зонах режущей кромки соответственно действуют различные сочетания видов износа. А именно, в зоне режущей кромки с минимальной скоростью резания реализуется преобладающее сочетание адгезионного и абразивного износа, в зоне с максимальной скоростью – сочетание абразивного, окислительного и диффузионного износа, между этими зонами – сочетание адгезионного, абразивного, окислительного и диффузионного износа. В связи с этим происходит неравномерный износ режущей кромки зубьев фрезы.

2. Для повышения стойкости и производительности работы фрез, имеющих переменную скорость резания по длине режущей кромки зубьев, впервые предложено выполнение переменных свойств по длине режущей кромки на базе принципа функциональной ориентации в зависимости от действия эксплуатационных функций функционально-ориентированного подхода. А также предложено выполнять анализ, моделирование и реализацию переменных свойств режущих кромок зубьев фрезы на базе схем технологического воздействия, которые разработаны в данной работе.

3. Впервые разработаны принципы повышения стойкости и производительности работы фрез с переменными скоростями резания по длине режущей кромки зубьев в зависимости от действия изменяющейся скорости резания, которые за счет реализации переменных свойств режущей кромки зубьев обеспечивают следующее:

- реализуется возможность смещения от периферии к центру фрезы определяющих значений допустимой скорости резания, а также увеличения допустимой частоты вращения фрезы;

- реализуется возможность смещения от периферии к центру фрезы лимитирующих параметров стойкости фрезы, а также повышения производительности обработки фрезами с изменяющимися свойствами режущих кромок зубьев;

- реализуется возможность смещения от периферии к центру фрезы лимитирующих параметров свойств фрезы, что обеспечивает возможность повышения стойкости фрезы при частоте их вращения, аналогичной величине частоты вращения стандартных фрез.

4.Разработан общий подход в создании функционально-ориентированного технологического процесса в обеспечении свойств режущих кромок зубьев в зависимости от особенностей действия переменных скоростей резания по длине режущей кромки зуба, что позволило повысить стойкость работы фрез.

5. Разработанное технологическое обеспечение позволило комплексно формировать, сохранять и снижать износ режущих кромок зубьев фрезы, имеющих переменную скорость резания по длине режущей кромки зуба.

Практическая ценность полученных результатов.

1. Разработанное технологическое обеспечение позволило повысить в 1,9...2,0 раза стойкость фрез, имеющих переменную скорость резания по длине режущих кромок зубьев, а также в 1,2 ... 1,4 раза их производительность.

2. Разработанная методика синтеза структуры технологического процесса позволяет проектировать конкретные варианты технологических процессов изготовления фрез имеющих переменные скорости резания по длине режущей кромки зубьев, а также определять рациональные структурные варианты технологических процессов.

3. Предложенные рекомендации по повышению производительности и стойкости фрез, имеющих неравномерные скорости резания по длине режущих кромок зубьев, позволяют определять рациональные структурные варианты технологических процессов.

Личный вклад соискателя. Соискатель лично разработал: основные принципы и методику синтеза структуры технологических процессов повышения стойкости и производительности работы фрез, имеющих переменную скорость резания по длине режущей кромки зубьев, базирующихся на функционально-ориентированном подходе; предложил основы синтеза технологического обеспечения для реализации конкретных технологических процессов обработки фрез с переменными свойствами режущих кромок в зависимости от их эксплуатационных особенностей; предложил новые технические решения по синтезу технологических операций обеспечения переменных свойств режущих кромок. В опубликованных работах автору принадлежат основные идеи проведенных исследований и результаты экспериментов. Постановка задач исследования, общий подход синтеза структуры рационального технологического процесса изготовления фрез, имеющих переменную скорость резания по длине режущей кромки зубьев, формулирование основных положений работы, разработка структуры и содержания работы выполнены совместно с научным руководителем.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследования, которые представлены в диссертации, были представлены и обсуждены: на шести международных научно-технических конференциях: «Машиностроение и техносфера XXI века» (г. Севастополь, Украина, 2010, 2011, 2012, 2013 г.), “Modern Technologits in the 21th Century” (г. Яссы, Румыния, 2010 г.), на международном научно-технических семинаре «Практика и перспективы развития партнерства в сфере высшей школы» (г. Донецк, г. Таганрог, Украина, 2010, 2012 г.); на научно-практической конференции «Донбасс – 2020: наука и техника - производству» (г. Донецк, Украина, 2010, 2012 г.).

В полном объеме диссертация докладывалась на расширенном семинаре кафедры «Технология машиностроения» ГВНЗ «Донецкий национальный технический университет».

Публикации. По результатам диссертации опубликовано 17 научных работ, из них 6 статей в специализированных изданиях, 2 статьи в европейских изданиях, имеющих соответствующую индексацию, 7 тезисов докладов на международных научно-технических конференциях и семинарах, 2 патента на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, перечня использованных источников из 215 наименований и приложений. Общий объем диссертации составляет 296 страниц, включая 179 страниц основной части, 60 рисунков, 4 таблицы и приложение на 82 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первом разделе «Современное состояние вопроса исследования. Выводы, цель и основные задачи работы» представлены общие сведения об особенностях работы фрез, имеющих переменную скорость резания по длине режущей кромки зуба, выполнен анализ современного состояния вопроса исследований, определены цель и основные задачи работы.

В работе установлено, что в настоящее время нет основополагающих данных по увеличению стойкости фрез, работающих в условиях переменных скоростей резания по длине режущей кромки зуба, на базе технологических методов обработки. При этом необходимо разработать технологические методы и технологический процесс, обеспечивающие функционально-ориентированные свойства режущей кромки зубьев фрезы в зависимости от изменяющейся скорости резания и переменного износа кромки, которые будут применяться для выравнивания износа режущей кромки и повышения стойкости фрезы в целом.

А также выполненные исследования позволили установить, что в настоящее время нет данных для создания технологического обеспечения для повышения эксплуатационных параметров фрез имеющих переменные скорости резания по длине режущей кромки зубьев. Поэтому для решения этих проблем необходимо установить связи закономерности между структурой операций технологического процесса для обеспечения заданных параметров стойкости и производительности фрез, работающих в условиях переменных скоростей резания по длине режущей кромки зубьев фрезы.

Второй раздел работы «Особенности и общая методика повышения качества фрез технологическими методами» посвящен анализу особенностей и разработке общей методики повышения качества фрез технологическими методами.

В работе исследованы особенности работы фрез и их режущих кромок.

На рисунке 1 представлен общий вид различных вариантов фрез, на отдельных режущих кромках которых возникают переменные скорости резания. Переменные скорости резания на режущей кромке зуба фрез возникают из-за того, что по длине режущей кромки имеется переменный радиус от точки резания до оси вращения фрезы.

Отметим, что в соответствии с рисунком 1 переменные скорости резания возникают в точках, расположенных в сечениях по высоте x боковой поверхности рабочей части и по радиусу Rx торцевых поверхностей фрезы, причем как для концевых фрез, так и для торцевых, угловых и пазовых фрез (рисунок 2). В связи с этим, именно у этих фрез возникают неравномерные износы режущих кромок зубьев по длине сечениям x. Анализ этих графиков подтверждает существенное различие максимально и минимальной скорости резания по длине режущей кромке зуба фрезы. Это ведет к неравномерному изнашиванию зубьев по длине режущей кромки, что ведет к снижению стойкости фрезы в целом.

Линейная скорость резания по длине режущей кромки зуба фрезы в
сечениях x определяется на основании следующих зависимостей:

- для угловой формы режущих участков боковой поверхности фрезы

; (1)

- для шаровой формы режущих участков боковой поверхности фрезы

; (2)

- для эвольвентной формы режущих участков боковой поверхности фрезы

(3)

где - радиус окружности до точки на режущей кромке зуба в сечении x;

- угол наклона боковой стороны режущей части фрезы;

H– высота режущей части фрезы;

R – радиус окружности шаровой режущей части фрезы;

- радиус начальной окружности эвольвенты;

- параметрический угол эвольвенты.

Угол смещения эвольвенты определяется по следующей формуле:

; (4)

где - эвольвентный угол, соответствующий точке профиля на делительном цилиндре эвольвенты.

Неравномерность скорости резания по длине режущей кро-мки зуба вызывает неравномерный износ задней поверхности зубьев фрезы по длине режущей кромки зуба (рису-нок 3) и неполное использование общего потенциала ре-жущей способности фрезы, так как в местах с наибольшей скоростью резания при Rmax происходит более быстрый износ режущей кромки, в то время как в местах с более низкой скоростью резания при Rmin режущие кромки еще не изношены. Из-за этих особенностей происходит неравномерный износ зубьев по длине режущей кромки зуба, что в целом ведет к снижению их стойкости и уменьшению эксплуатационного потенциала режущей способности фрезы. Таким образом, одним из недостатков эксплуатации большинства фрез является наличие неравномерных скоростей резания по длине режущей кромки зуба, возникающие из-за особенностей их конструкции и в связи с возникающими неравномерными скоростями резания по длине режущих кромок зубьев они изнашиваются неравномерно. Предельный износ режущих кромок происходит в зонах с максимальной скоростью резания, а именно, расположенных в самых дальних точках режущих кромок от оси вращения фрезы. Неравномерность изнашивания режущих кромок зубьев фрезы приводит к следующему:

- снижается стойкость и производительность работы фрез, имеющих неравномерные скорости резания по длине режущих кромок зубьев;

- используется не полный, а только частичный потенциал работы режущих кромок зубьев и соответственно всей фрезы в целом.

Выполненные исследования позволили разработать методы обеспечения изменяющихся свойств режущим кромкам зубьев фрезы, представленные на рисунке 4 с помощью схем. Эти методы базируются на принципе повышения стойкости и производительности режущих кромок зубьев фрез при переменных скоростях резания по длине режущей кромки зуба.

Можно отметить, что для фрез имеющих изменяющиеся свойства по длине режущих кромок зубьев повышение производительности и стойкости фрезы можно вести на базе таких принципов.

- первый принцип – принцип смещения от периферии к центру фрезы (продольной оси вращения) определяющих значений допустимой скорости резания;

- второй принцип – принцип смещения от периферии к центру фрезы (продольной оси вращения) лимитирующих параметров стойкости фрезы;

- третий принцип – принцип смещения от периферии к центру фрезы (продольной оси вращения) лимитирующих параметров свойств фрезы.

Подчеркнем, что реализация этих принципов возможна только с применением фрез имеющих изменяющиеся свойства режущих кромок от периферии к центру в зависимости от действующей на режущей кромке переменной скорости резания.

В работе исследованы особенности синтеза структуры технологических процессов дополнительной отделочной обработки зубьев фрез на базе функционально-ориентированного подхода, при этом разработана структура рационального технологического процесса.

Выполненный анализ структуры технологического процесса дополнительной обработки позволил предложить технологический процесс. Начальным условием разработки технологического процесса дополнительной отделочной обработки зубьев фрезы является наличие операции нанесения вакуумного ионно-плазменного покрытия. Для реализации этой операции необходимо выполнить целый комплекс дополнительных операций технологического процесса отделочной обработки поверхностей зубьев фрезы. Эти операции совместно с операциями по нанесению покрытия обеспечивают необходимые свойства фрезы в целом.

В работе разработана общая методика и алгоритм синтеза структуры технологического процесса дополнительной обработки фрезы. А также здесь представлены основные этапы и блок-схема работы.

В третьем разделе работы «Особенности технологического обеспечения и формообразования элементов зубьев фрезы» выполнен анализ особенностей технологического обеспечения и формообразования элементов зубьев фрезы.

Проведены исследования особенностей работы режущих кромок зубьев фрезы. А также представлен синтез схем технологических воздействий при формообразовании поверхностей зубьев фрезы.

Для исследования вопросов формообразования передней и задней поверхностей разработана математическая модель преобразования систем координат при формообразовании функциональных элементов фрезы. На базе этих моделей исследовано образование геометрических погрешностей при формообразовании функциональных элементов фрезы. При этом разработана системная модель реального формообразования функциональных элементов фрезы.

Из полученных общих уравнений реальных поверхностей фрезы вытекают частные случаи уравнений реальных поверхностей всех существующих схем обработки.

Определив значения параметров приращения координат реальных поверхностей фрезы по отношению к номинальным значениям, можно перейти к определению взаимосвязей между этими приращениями и нормируемыми погрешностями процесса формообразования поверхностей фрезы, а также к разработке методов снижения погрешностей их изготовления.

Проведенные исследования позволили разработать методы повышения точности формообразования функциональных элементов фрезы. Эти методы позволяют обеспечивать свойства исполнительных поверхностей фрезы и режущих кромок в зависимости от особенностей эксплуатации на базе пневмоструйной обработки.

На рисунке 5 представлены основные варианты обеспечения свойств:

1 – обеспечение закругления кромок радиусом ,

2 – обеспечение постоянных свойств по краям фрезы на базе пескоструйной обработки по длине образующей на величину и ,

3 - обеспечение переменных свойств по краям фрезы на величину и ,

4 – обеспечение закругления кромок и постоянных свойств по краям фрезы величину и ,

Исследованы особенности изменения радиуса режущего клина по длине режущей кромки зуба фрезы от времени пневмоструйной обработки. Разработана формула для определения изменяющихся параметров радиуса закругления режущего клина по длине режущей кромки зуба.

Выполненные исследования позволил установить, что наиболее целесообразно изменение радиуса закругления режущего клина по длине режущей кромки зуба выполнять в соответствии со следующей зависимостью:

(5)

где rx, rmin, rmax – текущий, минимальный и максимальный радиус закругления режущего клина, соответственно.

В данной работе разработано технологическое обеспечение ультразвуковой обработки функциональных элементов фрезы. Проведенные исследования дают возможность установить, что ультразвуковая обработка поверхностей фрез является одним из основных высокопроизводительных методов очистки изделий от загрязнений перед выполнением вакуумного ионно-плазменного напыления покрытий. Для повышения производительности и качества ультразвуковой обработки фрез в данной работе разработаны специальные кассеты.

В четвертом разделе диссертационной работы «Исследования особенностей процесса напыления вакуумных ионно-плазменных покрытий на рабочие элементы фрезы и синтез технологического обеспечения» выполнены исследования особенностей процесса напыления вакуумных ионно-плазменных покрытий на рабочие элементы фрезы и синтез технологического обеспечения. Эти исследования выполнены на базе разработанных моделей покрытия функциональных элементов зубьев фрезы. В работе разработана технология напыления вакуумных ионно-плазменных покрытий и исследованы основные особенности процесса напыления покрытий на рабочие элементы зубьев фрезы.

А также проведён синтез структуры технологического процесса напыления покрытий. В работе предложено проектирование оснастки вакуумной камеры выполнять на основе пространственно-струк-турных схем, при этом разработана методика синтеза вариантов пространственно-структурных схем, которая позволяет обеспечивать заданную производительность нанесения покрытий на фрезы. Здесь разработаны пространственно-структурные схема оснастки вакуумной камеры ионно-плазменной установки.

Пространственно-структурной схемы оснастки вакуумной камеры установки представляет собой композицию структурной схемы и пространственной компоновки. Она показывает структуру элементов, подсистем и их пространственную компоновку и расположение, геометрические параметры которой определяются пространственно-временными отношениями и технико-экономическими показателями.

Главным условием синтеза композиции пространственно-структурной схемы оснастки вакуумной камеры установки является то, что класс структурной схемы и группа принципиальной кинематической схемы движений элементов оснастки должны быть одного порядка и равны между собой. С помощью такой схемы может выполняться дальнейший процесс проектирования оснастки вакуумной камеры, при этом составляется компоновочная схема.

В работе разработана универсальная модель сложной структуры кинематики приспособления для установки фрез. А также выполнен синтез кинематических схем движения фрез.

Универсальная принципиальная кинематическая схема сложной структуры движения элементов оснастки в вакуумной камере (рисунок 7) характеризуется числом координатных систем, их расположением и наличием элементарных движений. По расположению координатных систем, универсальная принципиальная кинематическая схема имеет структуру с последовательным расположением систем координат относительно друг друга. Число систем координат универсальной принципиальной кинематической схемы движения однозначно определяется количеством классов подсистем структуры элементов оснастки в вакуумной камере:

, (6)

где - количество последовательно расположенных систем координат принципиальной кинематической схемы движения элементов оснастки в вакуумной камере; - количество классов подсистем сложной структуры движений.

С помощью представленной универсальной принципиальной кинематической схемы сложной структуры движения фрезы (рисунок 7) составляется требуемая схема движений фрезы.

Типичными представителями универсальной принципиальной кинематической схемы движений (рисунок 7) элементов оснастки в вакуумной камере являются частные случаи принципиальных кинематических схем движений, представленных на рисунке 8.

В общем случае любая оснастка вакуумной камеры может иметь р классов подсистем, при этом каждая подсистема k-го класса имеет позиций подсистем (k-1)-го класса и общее количество устанавливаемых фрез в оснастку составляет позиций.

В работе исследованы особенности синтеза структуры и повышения производительности напыления покрытий на рабочие поверхности зубьев фрезы.

Проведенные исследования позволили разработать структурно-логические выражения по определению основных параметров производительности в зависимости от структуры технологической системы. А это дает возможность выявлять наиболее рациональные структурные варианты компоновки рабочих позиций в вакуумной камере технологической системы.

В пятом разделе «Экспериментальные исследования. Рекомендации и внедрение результатов в производство» разработано технологическое обеспечение изготовления фрез со специальными свойствами, представлены экспериментальные исследования по определению стойкости фрез и даны общие рекомендации, а также выполнено внедрение результатов в производство.

Проведенные исследования показывают необходимость разработки целого ряда различных мероприятий по повышению их работоспособности. В частности, в этой работе предложено выполнить изменяющиеся свойства по длине режущей кромки в зависимости от особенностей действия эксплуатационных функций. Выполнение этих мероприятий обеспечит повышение производительности и стойкости работы фрез данного класса. Однако для широкого использования таких фрез необходимо решение следующих основных задач:

- обеспечение равномерного износа режущих кромок зубьев по их длине;

- достижение полного потенциала использования режущих кромок зубьев по их длине;

- сохранение изменяющихся свойств режущих кромок зубьев по их длине в зависимости от условий эксплуатации;

- снижение износа режущих кромок зубьев фрезы в целом.

Можно отметить, что в работе предусматривается реализация изменяющихся свойств в следующих направлениях:

- выполнение изменяющейся геометрии режущего клина по длине режущей кромки фрезы, включая радиус закругления режущего клина;

- обеспечение изменяющихся свойств материала режущей кромки по ее длине.

Однако следует иметь в виду, что изменяющиеся свойства режущих кромок зубьев по их длине необходимо сохранить на максимально длительный период времени, а также снизить их износ в целом для достижения максимального эффекта. Для этого необходимо разработать целый комплекс технологического обеспечения (рисунок 9).

В работе разработана методика экспериментальных исследований по определению стойкости фрез.

Для проведения экспериментальных исследований по установлению стойкости фрез были подготовлены 4-е группы инструментов, фрезы каждой из которых обработаны в соответствии с приведенными на рис. 9 структурами технологических процессов.

Для установления параметров работы фрез, обработанных в соответствии с предлагаемыми 4-мя вариантами структуры технологических процессов, выполнены сравнительные экспериментальные исследования по определению стойкости фрез.

Количество испытываемых фрез определено в соответствии с основными принципами планирования эксперимента, в качестве параметра совокупности при эксперименте принято значение величины максимального износа задней поверхности зуба в заданный момент времени. Здесь можно отметить, что, так как скорость резания по длине режущей кромки зуба переменная, соответственно износ задней по-верхности зуба по длине режущей кромки также переменный. При этом максимальное значение износа задней поверхности зуба находится в зоне кромки с максимальным радиусом от оси вращения фрезы.

Планирование эксперимента позволяет определить количество испытываемых в эксперименте фрез (размер выборки) в условиях неопределенности. В качестве оценки параметра совокупности принято значение величины максимального износа задней поверхности зуба в заданный момент времени. Применение методов математической статистики к обработке наблюдений производились по выборочному среднему и дисперсии выборки. Следует отметить, что при данных экспериментальных исследованиях принят доверительный интервал попадания величины максимального износа задней поверхности со степенью достоверности 95% и ошибкой первого рода или риском не включения параметра совокупности в доверительный интервал α =0,05.

Экспериментальные исследования по определению стойкости групп фрез выполнялись с использованием универсально-фрезерного станка модели 6М76П (рисунок 10) для четырех групп фрез (по 5 фрез в каждой группе). Каждая группа фрез дополнительно подвергалась обработке в соответствии с процессами, структура которых представлена на рисунке 9.

Экспериментальные исследования базируются на идентичности проведения процесса фрезерования группами фрез заготовки с одинаковыми режимами резания и условиями. Здесь применяется метод сравнительных испытаний четырех групп фрез по критерию их стойкости. Предельная величина износа задней поверхности принята hз = 0,4 мм для фрез из быстрорежущей стали Р6М5. После наступления этого события на задней поверхности всех зубьев для каждой фрезы экспериментальные исследования прекращаются.

Для каждой группы фрез последовательность выполнения экспериментальных исследований следующая:

1. Предварительно выполняются испытания первой фрезы из каждой группы фрез и через каждые 30 минут производятся замеры величины износа задней поверхности зубьев на инструментальном микроскопе.

2. Результаты испытаний заносятся в специальную таблицу и выполняются расчеты, на основании выражения, по определению количества фрез в группе необходимых для выполнения эксперимента с достоверностью 95% и ошибкой первого рода или риском не включения параметра совокупности в доверительный интервал α =0,05.

3. Выполняются экспериментальные исследования по определению стойкости фрез для оставшихся фрез данной группы. Через каждые 30 минут выполняются замеры величин износа задних поверхностей фрез, результаты исследований заносятся в специальные таблицы.

4. По результатам экспериментальных исследований строятся графики зависимости величины износа задней поверхности фрез каждой группы от времени их испытаний.

5. Выполняется сравнение стойкости фрез каждой группы по предельному значению износа задней поверхности hз = 0,4 мм и делаются соответствующие выводы.

На рисунке 11 показана кинетика изнашивания задней поверхности фрез из быстрорежущей стали Р6М5 при обработке стали 45 (НВ=200, СОТС – «Унизор-М»). Анализируя графики рисунка 11 можно отметить, что условно, при значении износа задней поверхности зубьев фрезы hз = 0,4 мм коэффициенты увеличения стойкости исследуемых групп фрез следующие:

k14=4,3; k13=2,68; k12=1,92; k24=2,24; k34=1,6.

где - коэффициент повышения стойкости i-й группы фрез относительно j-й группы.

В данной работе разработаны рекомендации по синтезу рациональной структуры технологического процесса изготовления фрез с предлагаемыми свойствами. Эти рекомендации позволяют создавать рациональные структурные варианты технологических процессов для изготовления фрез с предлагаемыми свойствами.

В ходе выполнения диссертационной работы разработана общая методика повышения стойкости и производительности фрез с переменной скоростью резания по длине режущей кромки зубьев. Данная методика внедрена на ряде организаций.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненные исследования посвящены решению вопросов создания технологического обеспечения для повышения стойкости и производительности работы фрез, имеющих переменную скорость резания по длине режущей кромки зубьев. Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем.

1. В данной работе выполнен анализ существующих методов повышения стойкости и производительности обработки фрез и исследованы особенности работы режущей кромки зуба фрезы, имеющей переменную скорость резания по ее длине для различных типов фрез. При этом установлено, что в связи с переменностью скорости резания по длине режущей кромки, наличием максимальной и минимальной скоростью резания, в различных зонах режущей кромки соответственно действуют различные сочетания видов износа. При этом установлено, что максимальная скорость резания по отношению к минимальной скорости на режущей кромке зуба может отличаться для некоторых типов фрез приблизительно в 2 ... 3 раза.

2. В работе разработаны технологические методы повышения качества работы фрез с переменными скоростями резания по длине режущей кромке зубьев. Здесь, впервые предложено выполнение переменных свойств по длине режущей кромки зуба фрезы на базе принципа функциональной ориентации в зависимости от действующих эксплуатационных функций функционально-ориентированного подхода.

3. Впервые разработаны принципы повышения стойкости и производительности работы фрез с переменными скоростями резания по длине режущей кромки зубьев в зависимости от действия изменяющейся скорости резания, которые за счет реализации переменных свойств режущей кромки зубьев обеспечивают следующее:

- реализуется возможность смещения от периферии к центру фрезы определяющих значений допустимой скорости резания, а также увеличения допустимой частоты вращения фрезы;

- реализуется возможность смещения от периферии к центру фрезы лимитирующих параметров стойкости фрезы, а также повышения производительности обработки фрезами с изменяющимися свойствами режущих кромок зубьев;

- реализуется возможность смещения от периферии к центру фрезы лимитирующих параметров свойств фрезы, что обеспечивает возможность повышения стойкости фрезы при частоте их вращения, аналогичной величине частоты вращения стандартных фрез.

4. Разработан общий подход в создании функционально-ориентированного технологического процесса в обеспечении свойств режущих кромок зубьев в зависимости от особенностей действия переменных скоростей резания по длине режущей кромки зуба, что позволило повысить стойкость работы фрез.

5. Разработанное технологическое обеспечение позволило комплексно формировать, сохранять и снижать износ режущих кромок зубьев фрезы, имеющих переменную скорость резания по длине режущей кромки зуба.

6. Разработанное технологическое обеспечение позволило повысить в 1,9...2,0 раза стойкость фрез, имеющих переменную скорость резания по длине режущих кромок зубьев, а также в 1,2... 1,4 раза их производительность.

7. Разработанная методика синтеза структуры технологического процесса позволяет проектировать конкретные варианты технологических процессов изготовления фрез имеющих переменные скорости резания по длине режущей кромки зубьев, а также определять рациональные структурные варианты технологических процессов.

8. Предложенные рекомендации по повышению производительности и стойкости фрез, имеющих неравномерные скорости резания по длине режущих кромок зубьев, позволяют определять рациональные структурные варианты технологических процессов.

9. В предлагаемой работе разработана методика проведения сравнительных экспериментальных исследований фрез, имеющих переменную скорость резания по длине режущей кромки зубьев. Выполненные экспериментальные исследования по определению стойкости работы фрез показали значительное повышение их стойкости.

10. Результаты работы внедрены на Снежнянском машиностроительном заводе -Сич» (Украина), Брянском открытом акционерном обществе «Научно-исследовательский институт «ИЗОТЕРМ» (Россия) и в Донецком национальном техническом университете (Украина). Общий ожидаемый экономический эффект от внедрения результатов работы составит 13000,00 грн. (шесть тысяч пятьсот грн. 00 коп.) 32600,00 рублей РФ (тридцать две тысячи шестьсот руб. РФ 00 коп.).

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

И ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА

1. Аль- Особенности технологического обеспечения повышения качества фрез с переменными скоростями резания по длине режущей кромки зубця и исследования их стой кости / -Судани // Прогресивні технології і системи машинобудування: Міжнародний зб. наукових праць. – Донецьк: ДонНТУ, 2013. - Вип. 1, 2 (45). - С. 3-17. (Диссертантом разработано технологическое обеспечение повышения устойчивости фрез по длине режущей кромки).

2. Лахин схем технологического воздействия для функционально-ориентированных технологических процессов производства зубчатых колес / , , -Судани, А. Гитуни, С. Зантур // Прогресивні технології і системи машинобудування: Міжнародний зб. наукових праць. – Донецьк: ДонНТУ, 2009. Вип. 38. – С. 127-133. (Диссертантом получен ряд схем технологического воздействия при производстве зубчатых колес).

3. Михайлов универсальной структуры технологического процесса напыления покрытий. Синтез структурных вариантов / , , -Судани, // Прогресивні технології і системи машинобудування: Міжнародний зб. наукових праць. – Донецьк: ДонНТУ, 2010. Вип. 39. - С. 136 – 144. (Диссертант выполнил синтез структурных вариантов технологических процессов нанесения покрытий).

4. Михайлов полировки тонких покрытий изделий и назначения припусков / , Л. Слэтиняну, , -Судани, // Прогресивні технології і системи машинобудування: Міжнародний зб. наукових праць. – Донецьк: ДонНТУ, 2010. Вип. 39. С. 145 – 152. (Диссертантом проведен анализ возможных схем полировки тонких покрытий изделий).

5. Михайлова эффективности обработки изделий машиностроения на основе принципа последовательной минимизации параметров предшествующих операций / , , Т. Аль-Судани, // Прогресивні технології і системи машинобудування: Міжнародний зб. наукових праць. – Донецьк: ДонНТУ, 2010. Вип. 40. - С. 164 – 169. (Диссертантом приведен принцип последовательной минимизации параметров предыдущих операций).

6. Аль-Судани обеспечение повышения стойкости фрез с переменными скоростями резания по длине режущих кромок зубьев / -Судани, , // Прогресивні технології і системи машинобудування: Міжнародний зб. наукових праць. – Донецьк: ДонНТУ, 2012. Вип. 1, 2 (43). - С.Диссертантом разработано технологическое обеспечение повышения устойчивости фрез по длине режущей кромки).

7. Михайлов повышения стойкости и/или производительности с переменными скоростями резания по длине режущей кромки зубця / , -Судани, , // Прогресивні технології і системи машинобудування: Міжнародний зб. наукових праць. – Донецьк: ДонНТУ, 2013. Вип. 1, 2 (45). С. Диссертантом разработано технологическое обеспечение повышения устойчивости фрез по длине режущей кромки).

8. Михайлов качества изделий машиностроения на базе комбинированной функционально-ориентированной отделочной обработки / , , Т. Т Аль-Судани, , // Машиностроение и техносфера XXI века. Сборник трудов XVI международной научно-технической конференции в г. Севастополе 14-19 сентября 2009 г. В 4-х томах. – Донецк: ДонНТУ, 2009. Т. 2. – 289 с. - С. 246 – 265. (Диссертантом приведены возможные пути повышения качества деталей машин за счет комбинированной обрабатывающей обработки).

9. Михайлов изделий со специальными тонкими покрытиями / , , -Судани, // Известия ТТИ ЮФУ – ДонНТУ. Материалы 11 международного научно-практического семинара «Практика и перспективы развития партнерства в сфере высшей школы». В 3-х кн. - Таганрог: ТТИ ЮФУ. Кн. 3, 2010, № 10. - С. 210 – 217. (Диссертантом изучен и проанализирован вопрос полировки изделий с тонкими покрытиями).

10. Increase of Firmness of Milling Cutters with Variable Cutting Velocities along the Length of Teeth Cutting Edges / Al-Sudani T., Mikhaylov A., Dolhykh H. [и др.] //Applied Mechanics and Materials Vol. pp 8-12 © (2013) Trans Tech Publications, Switzerland doi:10.4028/www. /AMM.371.8. (Диссертантом изучены и проанализированы вопросы эксплуатации фрез со сменными скоростями резания по длине режущих кромок зубьев).

11. Al-Sudani Tarafa Some features of the application of physical vapor deposition coating on the centerline tool in fast-cutting steel / Al-Sudani Tarafa, A. Mikhaylov, E. Mikhaylova, S. Selivra, N. Larina //ModTech International Conference 20-22th May 2010, Slanic-Moldova: IASI, 2010. - P. 19-22. (Index to Scientific & Technical Proceedings of Thomson Scientific - Institute for Scientific Information (ISI). All the papers are available at ISI Web of Science). (Диссертантом изучен и проанализирован вопрос полировки изделий с тонкими покрытиями)

12. Патент України на корисну модель № 000, Кл. В24D 5/00. Инструмент для резания заготовок/ , , -Судани, .- № 000; заявл. 04.02.2013; опубл. 25.06.2013, БИ №12. – 4 с. (Диссертантом предложена конструкция инструмента для резки заготовок).

13. Патент України на корисну модель № 000, Кл. В23Q 11/10. Пристрій для подачі змащувально-охолоджувальної рідини в зону різання/ , , -Судани; заявл. 04.03.2013; опубл. 12.08.2013, БИ №15. – 5 с. (Диссертантом предложена конструкция устройства для подачи смазочно-охлаждающей жидкости в зону резания).

АННОТАЦИИ

Тарафа Ясін Таха Ал-Судані. Технологічне забезпечення підвищення стійкості фрез із змінними швидкостями різання по довжині ріжучих кромок зубів. - На правах рукопису.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.02.08 - технологія машинобудування. - Державний вищий навчальний заклад «Донецький національний технічний університет», м. Донецьк, 2014 р.

Дисертація присвячена вирішенню питань підвищення стійкості фрез, що працюють в умовах наявності нерівномірних швидкостей різання по довжині ріжучих кромок зубів, за рахунок забезпечення властивостей кромок зубів, що змінюються за їх довжиною залежно від діючих експлуатаційних функцій і тривалого збереження цих властивостей.

Проведені дослідження дозволили запропонувати технологічні методи підвищення якості роботи фрез із змінними швидкостями різання по довжині ріжучої кромці зубів. А також розробити принципи підвищення стійкості та продуктивності роботи фрез із змінними швидкостями різання по довжині ріжучої кромки зубів.

На підставі виконаних досліджень в даній роботі представлений синтез конкретного технологічного процесу забезпечення заданих параметрів стійкості та продуктивності фрез в залежності від особливостей дії змінних швидкостей різання по довжині ріжучої кромки. При цьому розроблена методика експериментальних досліджень з визначення стійкості фрез зі змінними властивостями кромок зубів по їх довжині. А також виконані порівняльні експериментальні дослідження стійкості пропонованих і стандартних фрез.

Ключові слова: фреза, підвищення стійкості, нерівномірна швидкість різання по довжині ріжучої кромки зуба, комбінована обробна обробка, технологічний процес, спосіб, структура.

Тарафа Ясин Таха Аль-Судани. Технологическое обеспечение повышения стойкости фрез с переменными скоростями резания по длине режущих кромок зубьев. – На правах рукописи.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.08 – технология машиностроения. – Государственное высшее учебное заведение «Донецкий национальный технический университет», г. Донецк, 2014 г.

Диссертация посвящена решению вопросов повышения стойкости и производительности фрез, работающих в условиях наличия неравномерных скоростей резания по длине режущих кромок зубьев, за счет обеспечения изменяющихся свойств режущих кромок зубьев по их длине в зависимости от действующих эксплуатационных функций и длительного сохранения этих свойств.

В данной работе выполнены исследования и установлены особенности работы фрез с переменными скоростями резания по длине режущей кромки зубьев, а также определены величины изменения скорости резания по длине режущей кромки зубця для различных типов фрез.

Проведенные исследования позволили предложить технологические методы повышения качества работы фрез с переменными скоростями резания по длине режущей кромке зубьев. А также разработать принципы повышения стойкости и производительности работы фрез с переменными скоростями резания по длине режущей кромки зубьев.

На основании выполненных исследований в данной работе представлен синтез конкретного технологического процесса обеспечения заданных параметров стойкости и производительности фрез в зависимости от особенностей действия переменных скоростей резания по длине режущей кромки. При этом разработана методика экспериментальных исследований по определению стойкости фрез с изменяющимися свойствами режущих кромок зубьев по их длине. А также выполнены сравнительные экспериментальные исследования стойкости предлагаемых и стандартных фрез.

Ключевые слова: фреза, повышение стойкости, неравномерная скорость резания по длине режущей кромки зуба, комбинированная отделочная обработка, технологический процесс, способ, структура.

Tarafa Yassin Taha Al-Sudani. The technique of resistance enhancement of variable speed cutting machines along the cutting edges. - Manuscript.

Thesis for the degree of Ph. D. in the specialty 05.02.08 engineering technology - State university "Donetsk National Technical University, Donetsk, 2014.

The study deals with the efficiency increase for the cutting machines the adopt various speeds along the cuing edge, via the supply of various properties that enhance their resistance and maintain these properties as long as possible. Also, these properties were analyzed, especially the rear edges of cutting teeth and the determination of change values for the cutting speed along the cutting teeth edges for various types of cutting machines.

A method to enhance the performance of these cutters was also achieved via this study and analysis, in addition the set of principles in order to improve their resistance during the cutting process and also the adoption of a technique that maintains the properties and surface of the cutting edge and decrease its corrosion based on Plasma ions coating.

Based on what was mentioned above, a set of dimensions and measures were made that were related to strength according to the cutting speed variables. Nevertheless, a practical study was performed on the cutting machines in order to determine the changes on the machine`s properties and strength along the cutting edges length and also, experimental tests were made to compare its resistance with other kinds of cutting machines including the standard one.

Recommendations and approaches were made in order to enhance the performance and improve the strength of variable speeds cutting tools along the cutting edges.

This technique has been used by many organizations.

Keywords: enhancement of the strength and durability of variable speeds cutting machines along cutting edges length via a set of technical processes.

Пописано к печати 19.02.2014. Формат 60х84 1/16 Бумага XEROX Ризографическая печать Усл. печ. л. 0,9

Уч.-из. л. 0,9 Тираж 100 экз. Заказ № 1

Издательство ЧП “Технополис”

Свидетельство о внесении в государственный реестр субъекта

издательского дела ДК № 000 от 01.01.2001.

83001, г. Донецк, пр. Дзержинского 1

Тел. +38

E-mail: [e-mail]