«РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ ИЗНАШИВАНИЯ ТВЕРДОСПЛАВНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ НА ОСНОВЕ ТЕРМОМЕХАНИКИ ПОВЕДЕНИЯ ИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПРИ РЕЗАНИИ ПЛАСТИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ ...»

Всю расчетную информацию необходимо дополнительно графически обработать в компьютере, определив положение линий постоянного уровня критерия оптимальности с заданным технологом шагом и выдав эту информацию технологу на экран дисплея для выбора наилучшего варианта назначения режима обработки. Тогда в область, ограниченную выбранной линией постоянного уровня критерия оптимальности, попадет некоторое количество сочетаний параметров режима с разными уровнями выходных характеристик. При этом известное отклонение от оптимума позволит пользователю улучшить необходимый ему показатель. Назначенный таким образом режим будет оптимальным только в случае, если реализуется глобальный оптимум критериальной поверхности. В остальных случаях назначенный режим обработки должен называться рациональным. Экранное представление конкретных результатов такого расчета показано на рис.16. Вызов каждого станочного сочетания режимов выдает таблицу с выходными характеристиками процесса резания на этом режиме. Для области с заданным уровнем критерия оптимальности режима и заданной выходной характеристикой процесса резания выдается таблица по этим данным для всех станочных сочетаний режимов, попавших в эту область.

В главе решены задачи разработки аналогичной точению расчетной модели интенсивности изнашивания фрез в заданных условиях обработки и методики назначения рациональных режимов в стационарных и нестационарных условиях обработки, использующих все разработки диссертации. Предложены также информационные технологии практического использования этой методики на стадии технологической подготовки производства применительно к токарным и фрезерным операциям. Таким образом, все задачи, поставленные в диссертационной работе, решены.

Рис. 15-Схема алгоритма расчета показателей изнашивания инструмента и оптимальности процесса резания в каждой точке станочного поля режимов обработки Рис. 16-Экранное представление результатов расчета рационального режима токарного перехода На основе предложенных физических моделей механизма изнашивания твердых сплавов при точении и фрезеровании с учетом влияния контактной температуры на прочностные свойства конкретной марки сплава разработан комплекс расчетных моделей для определения рабочих условий взаимодействия поверхностей режущего инструмента с конструкционными сталями. Он позволяет прогнозировать интенсивность изнашивания режущего клина по задним поверхностям на различных стадиях износа инструмента. Разработана методика оценки интегральных показателей износостойкости резцов и фрез в заданных условиях обработки, использование которой для каждого сочетания режимных параметров конкретного станка позволяет выбрать из всех сочетаний наиболее рациональный режим осуществления заданной технологической операции точения или фрезерования. Прогнозируемый таким образом расчетный режим, определенный с учетом заданного множества ограничителей осуществления процесса резания, резко снижает необходимость его отладки непосредственно на станке.

Общие выводы по результатам работы 1. Физические модели структуры твердого сплава и процесса его взаимодействия с материалом заготовки, разработанные на основе термомеханического подхода, связали интенсивность изнашивания твердосплавного инструмента с размерами зерен твердой фазы сплава, содержанием в нем связки, температурой изнашиваемых поверхностей инструмента и прочностными свойствами материалов связки и заготовки при этой температуре. При этом увеличение первых трех факторов и прочности заготовки приводит к росту интенсивности изнашивания, а увеличение прочности связки – к её снижению.

2. Точки пересечения графиков температурных кривых интенсивностей усталостного разрушения, послойного с контактной поверхности твердых зерен сплава, и связки с удалением всего зерна или его остатка, формируют ряд температурных диапазонов. Адекватная результатам экспериментов рабочая зависимость интенсивностей изнашивания от температуры для заданной пары «твердый сплав – конструкционная сталь» составляется из участков кривых с наибольшей интенсивностью в каждом диапазоне. Наибольшая температура перехода разрушений от связки к зернам, поддерживаемая как средняя температура фаски износа при её росте, обеспечивает режим максимально возможной для этой пары длины пути резания на периоде стойкости твердосплавного инструмента.

3. Температурные зависимости прочностных свойств кобальта и никеля, используемых в качестве материалов связок стандартных твердых сплавов, сливаются в единую горбообразную кривую, связывающую координаты «отношение истинных прочностей Sв при температурах процесса и комнатной» и «гомологическая температура». Её математическое описание задает общий коэффициент температурных изменений прочностных показателей материалов связок, определяющих различную сопротивляемость твердого сплава усталостным разрушениям при изменениях контактной температуры в диапазоне от комнатной до 80% абсолютной температуры плавления.

4. Расчетные модели средних температур фасок износа резцов и фрез, учитывающие степень нагрева материала заготовки перед фаской и наличие участка снижения контактной температуры на самой фаске, обеспечили соответствие расчетного влияния роста фаски на её температуру изменению интенсивностей изнашивания инструментов на их периодах стойкости как при точении, так и при фрезеровании.

5. Разработана методика назначения режимов резания для технологических переходов точения и фрезерования, включающая прогнозирование всех выходных характеристик технологической системы, включая критерий износа и период стойкости инструмента, на каждом сочетании управляемых режимных параметров из заданного станочного множества.

Расчетная проверка выполнимости всех ограничений на процесс резания и оценка уровня достижения заданного критерия оптимальности на каждом режиме обеспечивают выбор наиболее рационального режима обработки и снижение трудоемкости отладочных работ при технологической подготовке производства.

6. Проведенными расчетами установлено, что разработанная методика прогноза стойкости твердосплавных инструментов при точении и фрезеровании обеспечивает достоверность расчетных значений в среднем на уровне 1,03 по отношению к эксперименту с выборочной дисперсией 0,047.

7. Рекомендации по предложенной методике расчета уточненных режимов технологических переходов токарной и фрезерной обработки конструкционных сталей твердосплавными режущими инструментами приняты к использованию на ОАО «Курганский машиностроительный завод» и машиностроительном предприятии ОАО АК «Корвет» (г. Курган).

Публикации, отражающие основное содержание работы Розенберг, A.M. Силы резания при фрезеровании сталей и чугунов цилиндрическими фрезами с твердосплавными винтовыми зубьями [Текст] / A.M. Розенберг, Г.Л. Куфарев, Ю.А. Розенберг, С.И. Тахман // Обработка металлов резанием и давлением / Сб. под ред. М. Дальского. – М.: Машиностроение. – 1965. – С. 44-56.

Розенберг, A.M. Расчет сил резания при торцевом фрезеровании [Текст] / A.M.

Розенберг, Г.Л. Куфарев, Ю.А. Розенберг, С.И. Тахман, А.А. Козлов // Известия ТПИ.

Т.138–Томск, 1965.–С. 184-191.

Розенберг, A.M. Исследование сил резания при обработке черных металлов цилиндрическими фрезами [Текст] / A.M. Розенберг, Ю.А. Розенберг, С.И. Тахман // Фрезы / Материалы Всесоюзного науч.-технич. совещания – М.: НИИ информации по машиностроению. – 1968. – С. 370-382.

Тахман, С.И. Определение сил на передней и задней поверхностях инструмента.

[Текст] / С.И. Тахман // В кн. «Резание металлов и технологическая точность деталей в машиностроении» Ч.1.- Курган: Юж-Урал. изд-во.-1968.- С. 95-105.

5. Тахман, С.И. Деформация стружки при цилиндрическом и торцевом фрезеровании [Текст] / С.И. Тахман, Г.М. Батарчук // В кн. «Резание металлов и технологическая точность деталей в машиностроении». Ч.1.- Курган: Юж-Урал. изд-во.-1968.- С. 64-74.

6. Тахман, С.И. Аналитический метод расчета предыскажений программ для фрезерных станков с ЧПУ [Текст] / Коллектив из 38 авторов, в т.ч. С.И. Тахман // Подготовка программ для обработки деталей на фрезерных станках с ЧПУ : Руковод. технич. материалы РТМ 1311 / Под ред. Р.Э. Сафрагана – М.: НИАТ. – 1971. – С. 215-243.

7. Тахман, С.И. О методах повышения точности обработки на фрезерных станках с ПУ [Текст] / С.И. Тахман // Повышение производительности, экономичности и качества обработки деталей на металлорежущих станках : межвуз. сб. науч. тр. – Ижевск, 1971. – С.

218-225.

8. Тахман, С.И. Исследование образования поверхностного слоя при свободном резании [Текст] / С.И. Тахман, А.С. Фидельман // Повышение производительности, экономичности и качества обработки деталей на металлорежущих станках : Межвуз. сб. науч. тр.

– Ижевск, 1971. – С. 146-153.

9. Тахман, С.И. Методы повышения точности обработки в операциях фрезерования на станках с ПУ [Текст] / С.И. Тахман // В кн. «Автоматизация проектирования технологических процессов механической обработки и сборки» / Тезисы докладов научно-техн. конференции.- М.-1972.- С.86-88.

10. Розенберг, Ю.A. Пути повышения точности контурной обработки при фрезеровании на станках с ПУ [Текст] / Ю.А. Розенберг, С.И. Тахман // Интенсификация процессов механической обработки путем применения станков с ПУ и обрабатывающих центров :

Мат-лы республик. науч.-технич. конф. / Вып.1. – Киев: УкрНИИНТИ, 1972. – С. 139-144.

11. Тахман, С.И. О точности упрощенной схемы расчета погрешности обработки на фрезерных станках с ПУ [Текст] / С.И. Тахман, В.А. Вайсбург, В.Л. Эльчибеков // Авиационная промышленность. – 1972. – №10. – С.35-37.

12. Розенберг, Ю.A. Повышение точности обработки на копировально-фрезерных станках с ЧПУ [Текст] / Ю.А. Розенберг, С.И. Тахман // Вестник машиностроения. – 1973. – №12. – С. 36-41.

13. Розенберг, Ю.A. Разработка методики расчета программ с учетом предыскажения эквидистанты с целью повышения точности обработки на станках с ЧПУ [Текст] / Ю.А.

Розенберг, С.И. Тахман, В.К. Волк ; КМИ. – Курган, 1974. – 49 с. – Деп. в ВНИИТЭМР, № 277-мш-74.

14. Тахман, С.И. Управление точностью при контурном фрезеровании на основе зависимостей сил резания от условий обработки [Текст] / С.И. Тахман // Исследования обрабатываемости жаропрочных и титановых сплавов : межвуз. сб. науч. тр. / Вып.4. – Куйбышев: КуАИ. – 1976. – С.59-65.

15. Тахман, С.И. Алгоритм коррекции программ обработки на фрезерных станках с ЧПУ с учетом упругой деформации системы СПИД [Текст] / С.И. Тахман // Научные основы автоматизации производственных процессов в машиностроении и приборостроении / Труды IV Всесоюзн. межвуз. конф. – М.:

- 1975.- С. 128-129.

16. Розенберг, Ю.A. Использование силовых зависимостей для управления процессом резания [0,5 текста] / Ю.А. Розенберг, С.И. Тахман // Технология машиностроения и проблемы прочности : межвуз. науч.-технич. сб. – Томск: ТПИ. – 1978. – С.93-97.

17. Тахман, С.И. Расчет сил резания при фрезеровании концевыми фрезами [Текст] / Коллектив авторов под руковод. А.Д. Локтева, в т.ч. С.И. Тахман // Общемашиностроительные нормативы режимов резания для обработки концевыми фрезами на станках с ЧПУ (временные), ГСПКТБ «Оргприминструмент» – М.: ВНИИТЭМР. – 1980. – 24 с.

18. А. с. №764852 СССР, М. Кл.3 В 23 В 25/06. Способ определения характеристик податливости технологической системы СПИД фрезерного станка [Текст] / Ю.А. Розенберг, С.И. Тахман, В.К. Волк. – № 2641035/25-08 ; заявл. 10.07.78 ; опубл. 23.09.80, Бюл.

№35.– 4с.

19. Тахман, С.И. Оценка стойкости режущего инструмента при его эксплуатации на станках с ЧПУ [Текст] / С.И. Тахман, А.С. Фидельман // Пути повышения качества изделий в механизированном и автоматизированном производстве : материалы зональной науч.технич. конф. – Свердловск, 1981. – С.36-37.

20. А. с. №965725 СССР, М. Кл.3 В 23 Q 23/00. Способ коррекции управляющих программ для станков с ЧПУ [Текст] / Ю.А. Розенберг, С.И. Тахман, В.К. Волк. – № 3216785/25-08 ; заявл. 15.12.80 ; опубл. 15.10.82, Бюл. № 38. – 4 с.

21. Розенберг, Ю.A. Об алгоритмах расчета режимов резания в технологических САП [Текст] / Ю.А. Розенберг, С.И. Тахман, В.К. Волк // Совершенствование методов, инструментов, оборудования, технологических процессов и их проектирование при обработке деталей машин : материалы докл. регион. науч.-технич. конф. – Омск. – 1983. –С. 52-54.

22. А. с №1161281 А СССР, В 23 С 9/00. Способ определения мертвых ходов в приводах подач фрезерных станков [Текст] / Ю.А. Розенберг, В.К. Волк, С.И. Тахман. – № 3675850/25-08 ; заявл. 20.12.83 ; опубл. 15.06.85, Бюл. № 22. – 4 с.

23. Тахман, С.И. Назначение режимов работы многооперационных станков с ЧПУ типа «обрабатывающий центр» [Текст] / С.И. Тахман; КМИ. – Курган, 1986. – 20 с. – Деп. в ВНИИТЭМР, №433-мш-86.

24. Розенберг, Ю.A. Расчет сил резания по структурным зависимостям с помощью ЭВМ [Текст] / Ю.А. Розенберг, С.И. Тахман, И.А. Иванова ; КМИ. – Курган, 1986. – 32 с. – Деп. в ВНИИТЭМР, № 367-мш-87.

25. Тахман, С.И. Расчет режимов работы обрабатывающего центра [Текст] / С.И. Тахман // «Технологическое и нормативное обеспечение станков с ЧПУ и ГПС»/ Тезисы докл. Всесоюзной н-т. конф.-Челябинск, 1988.- С. 54-55.

26. Розенберг, Ю.A. Геометрические особенности контурного фрезерования [Текст] / Ю.А. Розенберг, С.И. Тахман // Известия ВУЗов. Машиностроение. – 1992. – №10-12. – С.

114-118.

27. Розенберг, Ю.A. Расчет сил резания при контурном фрезеровании криволинейных поверхностей [Текст] / Ю.А. Розенберг, С.И. Тахман // Вестник машиностроения. – 1993. – № 2. – С. 38-41.

28. Тахман, С.И. Выбор модели расчета температуры задней поверхности режущего клина [Текст] / С.И. Тахман // Наукоемкие технологии в машиностроении и приборостроении : материалы Росс. науч.-технич. конф. – Рыбинск. – 1994. – С. 15-17.

29. Розенберг, Ю.A. Расчетная схема стружкообразования с учетом сжатия в очаге деформации [Текст] / Ю.А. Розенберг, С.И. Тахман // Развитие процессов резания и холодного пластического деформирования металлов : материалы Республик. науч.-технич. конф. – Киев: ИСМ АН Украины. – 1994. – С. 25-30.

30. Розенберг, Ю.A. Расчет технологических и стойкостных ограничений режимов лезвийной обработки по обобщенным аналитическим зависимостям [Текст] / Ю.А. Розенберг, С.И. Тахман, В.К. Волк // Развитие процессов резания и холодного пластического деформирования металлов : материалы Республик. науч.-технич. конф. – Киев, ИСМ АН Украины. – 1994. – С. 31-36.

31. Розенберг, Ю.A. Расчет сил резания при сверлении на основе единого подхода к лезвийной обработке [0,5 текста] / Ю.А. Розенберг, С.И. Тахман // СТИН. – 1994. – №8. – С. 21-23.

32. Розенберг, Ю.A. Силы резания и методы их определения [0,5 текста] : учебное пособие в 2-х частях / Ю.А. Розенберг, С.И. Тахман – Курган: КГУ. – 1995. – Часть 1. Общие положения. – 130 с.; Часть 2. Расчет сил резания при различных видах обработки. – 104 с.

33. Розенберг, Ю.A. Анализ применяемых расчетных моделей характеристик механики процесса резания [0,5 текста] / Ю.А. Розенберг, С.И. Тахман // Прогрессивные технологические процессы в машиностроении / Сб. науч. тр. – Томск, ТПУ. – 1997. – С. 45-49.

34. Розенберг, Ю.A. Развитие теоретических методов расчета сил резания [0,5 текста] / Ю.А. Розенберг, С.И. Тахман // Прогрессивные технологические процессы в машиностроении : сб. науч. тр. – Томск, ТПУ. – 1997. – С. 50-55.

35. Тахман, С.И. Моделирование конечной степени деформации в условиях сливного стружкообразования (о механизме самонастройки процесса резания) [Текст] / С.И. Тахман // Прогрессивные технологические процессы в машиностроении : сб. науч. тр. – Томск, ТПУ. – 1997. – 1997. – С. 56-62.

36. Тахман, С.И. Расчет температур красностойкости твердых сплавов по параметрам их структуры [Текст] / С.И. Тахман // Повышение эффективности механообработки на основе аналитического и экспериментального моделирования процессов : материалы Всероссийской науч.-технич. конф. / РГАТА – Рыбинск, 1999. – С. 51-52.

37. Тахман, С.И. Режимы резания и закономерности изнашивания твердосплавного инструмента [Текст] : монография / С.И. Тахман – Курган : КГУ. – 2001. – 169 с.

38. Тахман, С.И. Программа расчета стойкости токарного резца на языке «MATHCAD»

[Текст] / С.И. Тахман, Т.Ю. Рассказова // Известия Томского политехн. университета – Томск : ТПУ, 2002. – Т. 305, вып. 1. – С. 148-151.

39. Тахман, С.И. Термомеханическая модель изнашивания твердосплавного инструмента [Текст] / С.И. Тахман // Инструмент и технологии. – 2002. – №9-10.–С. 60-65.

40. Розенберг, Ю.A. Алгоритмы расчета режимов резания при точении твердосплавным инструментом сталей и сплавов [0,5 текста] / Ю.А. Розенберг, С.И. Тахман // Современные проблемы машиностроения : материалы II Международ. науч.-технич. конф. – Томск: ТПУ. – 2004. – С. 381-384.

41. Тахман, С.И. Разработка структурных моделей характеристик износостойкости лезвийного инструмента на основе анализа форм кинетических кривых изнашивания [Текст] / С.И. Тахман // Современные проблемы машиностроения : материалы II Международ. науч.технич. конф. – Томск: ТПУ. – 2004. – С. 551-557.

42. Тахман, С.И. К вопросу о механизме изнашивания лезвийных инструментов [Текст] / С.И. Тахман // Физика, химия и механика трибосистем. Вып. III : межвуз. сб. науч.

тр. / ИвГУ. – Иваново, 2004. – С. 26-30.

43. Патент: Российская федерация, МПК 7 В 23 В 1/00, G01 N 3/58. Способ определения средних температур площадок контакта обрабатываемого материала с передней и задними поверхностями токарного резца и их протяженностей [Текст] / С.И. Тахман. – рег.

№ 2004134479/02; заявл. 25.11.2004.

44. Розенберг, Ю.A. Теоретические модели процесса резания и использование их при решении технологических задач [0,5 текста] / Ю.А. Розенберг, С.И. Тахман // Известия ТулГУ, сер. Инструментальные и метрологические системы. Вып.1. Ч.1 : материалы Международ. науч.-технич. конф. «Наука о резании материалов в современных условиях» – Тула: ТулГУ. – 2004. – С. 62-66.

45. Тахман, С.И. Аналитическое решение задачи оптимизации режимов работы лезвийных инструментов [Текст] / С.И. Тахман // Вестник машиностроения, 2005. – № 4. – С.

50-53.

46. Тахман, С.И. Связь характеристик износостойкости режущего клина с параметрами рабочего состояния его рабочих поверхностей [Текст] / С.И. Тахман // Вестник Курганского университета. Сер. Технические науки, Вып. 2 : сб. науч. тр. – Курган, 2005. – С. 99-106.

47. Тахман, С.И. Об условиях трения обрабатываемого материала по поверхностям режущего клина [Текст] / С.И. Тахман // Физика, химия и механика трибосистем: Межвуз. сб.

науч. тр. Вып.4 / Под ред. В. Н. Латышева. - Иваново: Иван. гос. ун-т, 2005.- С. 18-21.

48. Тахман, С.И. Экспериментальное определение ряда выходных характеристик системы резания при измерении ТЭДС в процессе изнашивания твердосплавных резцов [Текст] / С.И. Тахман // Новые материалы, неразрушающий контроль и наукоемкие технологии в машиностроении : материалы III Международ. науч.-технич. конф. – Тюмень, 2005.– С. 174-176.

49. Тахман, С.И. К расчету износостойкости твердосплавного инструмента при резании труднообрабатываемых материалов [Редакция] / С.И. Тахман, А.И. Битунов // Вестник Курганского университета. Сер. Технические науки, Вып. 2.- Ч.1. : сб. науч. тр. – Курган, 2005.

– С. 99-106.

50. Тахман, С.И. О механизмах трения и изнашивания твердосплавного инструмента без покрытий [Редакция] / С.И. Тахман, А.И. Битунов // Межвузовский сб. науч. трудов «Механика и физика процессов на поверхности и в контакте твердых тел и деталей машин»

- Тверь: Изд-во ТГТУ. – 2006. – С.

51. Тахман, С.И. О единстве температурных зависимостей механических свойств металлов в группах периодической системы [Редакция] / С.И. Тахман, А.И. Битунов // АН РФ:

«Физика металлов и металловедение», 2006.- Том 102. - №3. – С. 363-368.

52. Takhman, S.I. On the Common Trend of Temperature Dependences of Mechanical Properties of Metals in Various Grups of the Periodic Sistem. / S.I. Takhman, A.I. Bitunov // “The Physics of Metals and Metallography”, 2006.-Vol. 102.-No.3.- pp. 341-346.

53. Тахман, С.И. Способ определения средних температур площадок контакта обрабатываемого материала с передней и задними поверхностями токарного резца и их протяженностей [Текст] // Патент №2278001 - М.: ВНИИПИ, 2006. - Бюл. №17. (20.06.2006г.) 54. Тахман, С.И. Физическая модель структуры существующих твердых сплавов как основа механизма изнашивания лезвийного инструмента [Текст] // Вестник КГУ. – Серия «Техническая наука». – Вып. 3. – Курган: Изд-во КГУ, 2007. - №1(9). – С. 93-102.

55. Тахман, С.И. Модель оценки деформационной составляющей высоты шероховатости при точении [Текст] // Проблемы качества машин и их конкурентоспособности: материалы 6-й Междунар. н-т конф., г. Брянск, 22-23 мая 2008 г. / под общ. ред. А.Г. Суслова.– Брянск: БГТУ, 2008.- С. 337-340.

56. Тахман, С.И. Изнашивание и износостойкость твердосплавного инструмента [Текст] // Наука и технологии. Секция 3. Динамика и прочность. – Краткие сообщения XXVIII Российской школы. – Екатеринбург: УрО РАН, 2008. – С. 94-96.

57. Тахман, С.И. Разработка единых моделей процесса изнашивания инструментальных твердых сплавов [Текст] // Вестник машиностроения, 2008. – №9. – С. 56-59.

Редакционно-издательский центр КГУ, 640669, г. Курган, ул. Гоголя, Курганский государственный университет.