Повышение эффективности управления технологическим процессом обработки резанием путем увеличения плотности потока энергии в инструменте тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Вишенкова, Ольга Викторовна

• Вишенкова, Ольга Викторовна
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Вишенкова, Ольга Викторовна

Введение. ф

Глава 1. Состояние вопроса, цель и задача исследования.

1.1 Способы повышения эффективности управления

• обработкой резанием.

1.2 Цель и задачи работы.

Глава 2. Управление технологическим процессом обработки резанием.

2.1 Постановка задачи управления.

2.2 Построение математической модели резания.

• 2.3 Оптимизация режима резания.

2.4 Сопротивление инструмента изнашиванию.

Глава 3. Волновые процессы в материале и в режущем инструменте.

3.1 Волны дилатации и сдвига в упругой среде.

3.2. Нормальные волны в пластинке.

3.3 Низшая мода в тонкой пластине. ф 3.4. Срезаемый слой и режущее лезвие как акустические резонаторы.

3.5 Обсуждение упрощающих допущений.

3.6 Толщина слоя, через который проходит энергия.

• 3.7 Обработка точением стальной цилиндрической заготовки режущей пластиной из твердого сплава.

3.8 Обработка точением стальной цилиндрической ^ заготовки минералокерамическими пластинами.

3.9 Фурье-анализ профилограмм обработанной поверхности.

Глава 4. Движение энергии в режущем инструменте.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности управления технологическим процессом обработки резанием путем увеличения плотности потока энергии в инструменте»

В современном мировом машиностроительном производстве методы обработки материалов резанием играют доминирующую роль. Это обусловлено их высокой универсальностью и почти неограниченной сферой применения, высокой точностью обработки, высокой экономичностью и гибкостью технологических систем обработки резанием.

Значительный прогресс в металлообработке связан с применением инструментов с износостойкими покрытиями, повышающими работоспособность инструментов. Однако недостаток информации о физических процессах, протекающих в поверхностных слоях инструмента при его взаимодействии с обрабатываемым материалом, требует решения задачи о движении энергии через режущий инструмент. Для этого в данной диссертации в основу анализа положены работы Н.А. Умова о движении энергии в упругих средах [50].

Научная новизна работы заключается в разработке:

- физической модели резания в виде двух акустических резонаторов, связанных нелинейной контактной жесткостью;

- математической модели резания, позволяющей автоматизировать процесс определения величины плотности потока энергии в поверхностном слое инструмента;

- алгоритма автоматизированного управления резанием на основе информации о потоке энергии через инструмент.

Практическая ценность работы. Разработанная система информационного обеспечения может быть использована в автоматизированной системе технологической подготовки производства при решении задачи повышения эффективности различными методами.

Апробация работы и публикации.

Основные положения работы были доложены и обсуждены на VI научной конференции МГТУ «Станкин» и «Учебно-научного центра математического моделирования МГТУ «Станкин» - ИММ РАН», тематическом семинаре МГТУ «Станкин» в Государственном межвузовском центре обучения и повышения квалификации по охране труда и экологической безопасности «Производство. Технология. Экология.», XV Юбилейной Международной Интернет-конференции молодых ученых, аспирантов и студентов по современным проблемам машиноведения в институте машиноведения им. А.А. Благонравова РАН, научном семинаре кафедры общей физики МФТИ.

По материалам диссертации опубликовано четыре статьи в журналах «ЖТФ» и «Вестник машиностроения».

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Вишенкова, Ольга Викторовна

Заключение

Резюмируя результаты работы, можно сделать краткие выводы. Диссертация посвящена актуальной проблеме машиностроительного производства. Наиболее значимые научные результаты работы состоят в следующем. ,

1. Зона резания может рассматриваться как параметрическая колебательная система из двух линейных акустических резонаторов, связанных нелинейной жесткостью.

2. Энергия перемещается через тонкий поверхностный слой инструмента в виде упругих волн.

3. Экспериментально установлено, что покрытие из TiN увеличивает поток энергии, протекающей через поверхность инструмента из твердого сплава Т15К6в5раз.

4. Экспериментально установлено, что плотность потока энергии (вектор Умова), протекающей через поверхность инструмента, увеличивается в 4,8 раза за счет увеличения объемной плотности переносимой энергии.

5. Теоретически установлено, что максимальная объемная плотность переносимой энергии равна сопротивлению инструмента изнашиванию.

6. Экспериментально установлено, что скорость распространения энергии по поверхности покрытия на 1,5% больше, чем по подложке.

7. Аналитически установлено, что толщина слоя инструмента, по которому распространяется подводимая-энергия, без покрытия на 2% меньше, чем с покрытием. •

8. Толщина покрытия должна быть не меньше толщины слоя, по которому распространяется подводимая энергия. Толщина этого слоя а2=\.2 мкм.

9. Экспериментально установлено, что шероховатость обработанной поверхности изделия на 10% меньше при применении инструмента с покрытием.

10. Анализ показал, что увеличение сопротивления инструмента изнашиванию в 5 раз эквивалентно увеличению скорости резания в 1,5 раза.

11. При решении задачи интенсификации резания установлено, что площадь поверхности изделия, образованная за время резания до смены инструмента, при обработке инструментом с покрытием (TiCr)N+TiN увеличилась в 2 раза. *

Благодарности

Автор благодарит научного руководителя проф. В.И. Власова и заведующего кафедрой проф. С.Н. Григорьева за внимание к работе и полезные дискуссии. Автор признателен также к.т.н. В.Д. Турину за помощь в проведении экспериментальных исследований.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Вишенкова, Ольга Викторовна, 2006 год

1. Б.В. Анисимов, В.А. Петров. Организация вычислительных процессов

2. ЦВМ. М: Высшая школа. 1977. - 223 с.

3. Н.Н. Боголюбов, Ю.А. Митропольский. Асимптотические методы в теории нелинейных колебаний. М.: Госфизматлит, 1958.

4. В.Н. Васильев, И.П. Гуров. Компьютерная обработка сигналов в приложении к интерферометрическим системам СПб.: БХВ — Санкт-Петербург, 1998. - 240 е., ил.

5. Е.С. Вентцель. Исследование операций М.: «Советское радио», 1972. -552 с.

6. А.С. Верещака. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями. М.: Машиностроение, 1993 - 336 е.: ил.

7. А.И. Весницкий. Волны в системах с движущимися границами и нагрузками. М.: Физматлит, 2001.

8. О.В. Вишенкова. Прочность режущего инструмента из минералокерамики. Производство. Технология. Экология. «Протэк 2003»: труды международной конференции (том 2, дополнительный). - М.:«Янус-К», 2003.

9. О.В. Вишенкова. Сопротивление изнашиванию минералокерамического режущего инструмента. Вестник машиностроения. 2004. №6.

10. О.В. Вишенкова. Оптимальные режимы высокоскоростной обработкиматериалов точением. Вестник машиностроения. 2005. №5.

11. О.В. Вишенкова. Выбор на основе волновой теории резания оптимальных режимов высокоскоростной обработки материалов точением. Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. 1.

12. А.П. Гаршин, В.М. Гропянов, Г.П. Зайцев, С.С. Семенов. Керамика для машиностроения. -М.: Научтехлитиздат, 2003.

13. А.Д. Гладун, О.В. Вишенкова. Письма в ЖТФ, 2005, том 31, вып. 4; A.D. Gladun, O.V. Vishenkova. Technical Physics Letters, Vol. 31, No. 4, 2005, pp. 143-146.

14. Г.С. Горелик. Колебания и волны. Введение в акустику, радиофизику и оптику. -М.: Госфизматлит, 1959, стр. 192.

15. В.Г. Горский, Ю.П. Адлер. Планирование промышленныхлэкспериментов. М.: Металлургия, 1974. - 236 с.

16. С.М. Ермаков, А.А. Жиглявский. Математическая теория оптимального эксперимента // Учебное пособие. М.: Наука. 1987. - 320 с.

17. В.И. Ерофеев, В.В. Кажаев, Н.П. Семерикова. Волны в стержнях. Дисперсия. Нелинейность. -М.: Наука, 2002.

18. И.Г. Жарков. Вибрации при обработке лезвийным инструментом. JL: Машиностроение, 1986. - 184 с.

19. В.П. Жедь, Г.В. Боровский, Я.А. Музыкант, Г.М. Ипполитов. Режущие инструменты, оснащенные сверхтвердыми и керамическими материалами и их применение. Справочник. М.: Машиностроение, 1987, 320 с.

20. Ю.Г. Кабалдин. Структурно-энергетический подход к процессам трения, изнашивания и смазки // Трение и износ, 1989, №5, с. 800-808.

21. Ю.Г. Кабалдин. Структурно-энергетический подход к процессу изнашивания режущего инструмента // Вестник машиностроения, 1990, №12, С. 62-68.

22. Ю.Г. Кабалдин, Н.Е. Кожевников, К.В. Кравчук. Исследования изнашивания режущей части инструмента из быстрорежущей стали // Трение и износ, №1,1990, с. 130-135.

23. Ю.Г. Кабалдин, A.M. Шпилев. Повышение надежности процессов механообработки в автоматизированном производстве. Комсомольск-на-Амуре, 1995 г. - 129 е., ил. 66.

24. Е.П. Калина, Д.А. Кузьмичев, П.Н. Новоселов, И.А. Радкевич. Автоматизация экспериментальных исследований. г. Долгопрудный: МФТИ, 1978.-345 с.

25. П.Л. Капица. Эксперимент, теория, практика. М.: Наука. 1981. - 270 с.

26. Н.Е. Кочин. Векторное исчисление и начала тензорного исчисления. -М.: Изд. АН СССР, 1951.

27. В.А. Красильников, В.В. Крылов. Введение в физическую акустику. -М.: Наука, 1984.

28. Ю.П. }Срасулин, В.Н. .Тимофеев. Тепловыделение на контактных поверхностях в процессе обработки / Сб. «Физико-механические и тепло-физические свойства металлов». М.: Наука, 1976. - с. 132-136.

29. Д.А. Кузьмичев, И.А. Радкевич, А.Д. Смирнов. Автоматизация экспериментальных исследований // Учебное пособие. М.: Наука. 1983. -392 с.

30. Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. Теория упругости. М.: Наука, 1965.

31. Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. Электродинамика сплошных сред. М.: Наука, 1982. '

32. Ю.В. Лцнник. Метод наименьших квадратов и основы математической теории обработки наблюдений. -М.: Физматгиз. 1958.-238 с.

33. А.Д. Макаров. Оптимизация процессов резания. М.: Машиностроение, 1976.-277 с.

34. В.В. Мигулин, В.И. Медведев, Е.Р. Мустель, В.Н. Парыгин. Основы теории колебаний. М.: Наука, 1978.

35. А.В. Мол очков, В.А. Пацкевич. Высокочастотные вибрации при точении // Станки и инструмент, 1972. №7. - с. 11-13.

36. Автоматизированная обработка экспериментальной информации: Труды Радиотехнического института №26. / Под ред. Мурина Б.П. М.; 1976. - 256 с.

37. В.В. Налимов. Теория эксперимента. М.: Наука. 1971. - 212 с.

38. В.В. Налимов, Т.Н. Голикова. Логические основания планирования эксперимента. М.: Металлургия. 1984. - 188 с.

39. А.В. Оппенгейм, Р.В. Шафер. Цифровая обработка сигналов: Пер. с англ./ Под ред. С .Я. Шаца. М.: Связь, 1979. - 416 е., ил.

40. В.А. Остафьев. Расчет динамической прочности режущего инструмента. М.: Машгиз, 1979. - 168 с. '

41. Г. Реклайтис, А. Гейнвиндран, К. Рэгсдел. Оптимизация в технике: в 2-х кн., кн. 1. Пер. с англ. М.: Мир, 1986. - 340 с.

42. Г. Реклайтис, А. Гейнвиндран, К. Рэгсдел. Оптимизация в технике: в 2-х кн., кн. 2. Пер. с англ. М.: Мир, 1986. - 320 с.

43. Э.В. Рыжов. Котактйая жесткость . деталей машин. М.: Машиностроение, 1996. - 352 с.

44. Ю.М. Соломенцев, В.Г. Митрофанов, С.П. Протопопов и др. Адаптивное управление технологическими процессами. М.: Машиностроение, 1980. -536 с.

45. Н.И. Ташлицкий. Первичный источник автоколебаний при резании металлов // Вестник машиностроения, 1960. №2. - С. 45-50.

46. X. Таха.'Введение в исследование операций: в 2-х кн., кн. 1. Пер. с англ.- М.: Мир, 1985. 470 е., ил.

47. X. Таха. Введение в исследование операций: в 2-х кн., кн. 2. Пер. с англ.- М.: Мир, 1985. 496 е., ил.

48. И.П. Третьяков, В.А. Аршинов, Н.Ф. Киселев, В.А. Синопальников. Лабораторные работы по курсу «Резание металлов» М.: Машиностроение, 1965.

49. Б.Ф. Туркович. О касательных напряжениях при резании металлов // Конструирование и технология машиностроения. 1970. - №1. - 154-161 с.

50. В.В. Федоров. Теория оптимального эксперимента. -М.: Наука, 1971. -249 с.

51. Н.А. Умой. Избранные сочинения. Гостехиздат, М.- Л., 1950.

52. Л.П. Ярославский. Цифровая обработка сигналов в оптике и голографии.- М.: Радио и связь, 1987. 296 с, ил.

53. Пат. 2061090 (С1) (Россия). Многослойное износостойкое покрытие / Верещака А.С., Кириллов А.К. Заявл. 28.12.1991. Опубл. 27.05.1996. Бюл. №15. 1996. МКИ 6 С23 В27/14.

54. Пат. 101 58 819 (А1) (ФРГ). МКИ В23 В27/14. Заявл. ЗОЛ 1.2001. Опубл. 01.08.2002.

55. Пат. 199 57 671 (А1) (ФРГ). МКИ В23 В27/14. Заявл. ЗОЛ 1.1999. Опубл. 05.10.2000.

56. Т. Kitagava, A. Kubo, К. Maekawa. Wear 202, 1997, p. 142-148.

57. F. Klocke. Perspektiven der Zerspantechnik // Perspektiven der Zerspantechnik, Aachen, 2002.

58. T. Krieg. Entwicklungstendenzen bei Zerspanwerkzeugen // Perspektiven der Zerspantechnik, Aachen, 2002.

59. S. Schajrbarth. Moderne Schneidstoffe und Werkzeuge Wege zur gesteigerten Produktivitat // Moderne Zerspannungswerkzeuge in optimierten Prozessketten, Schmalkalden, 2002.

60. H. Westphal. Bearbeitung schwerzerspanbarer Werkstoffe. // Moderne

61. Zerspannungswerkzeuge in optimierten Prozessketten, Schmalkalden, 2002.