Моделирование тепловых процессов при высокоскоростном фрезеровании сталей

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………. 5
1 АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ ПРОТЕКАЮЩИХ ПРИ ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ОБРАБОТКЕ…………………………………….. 8
1.1 Состояние и перспективы высокоскоростной обработки ……………... 8
1.2 Силы резания при традиционном и высокоскоростном
фрезеровании………………………………………………………………….. 12
1.3 Теплофизика процесса высокоскоростного резания………………...… 13
1.3.1 Эффекты, протекающие в зоне резания………..….……...…………… 13
1.3.2 Методы исследования температурных процессов зоне резания.….… 21
1.4 Методы обеспечения эффективности высокоскоростного фрезерования..…………………………………………………………………. 28
Выводы, цель и задачи исследования……………………………………….. 30
2 моделирование тепловых процессов при высокоскоростном фрезеровании сталей….………….……. 32
2.1 Математическое моделирование температуры в зоне резания..………. 32
2.2 Результаты моделирования температуры в зоне резания……………..... 36
Выводы по главе…………...………………………………………………….. 38
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ВЫСОКОСКОРОСТНОМ ФРЕЗЕРОВАНИИ СТАЛЕЙ……………………………………………………………………….. 39
3.1 Методика проведения экспериментальных исследований …………… 39
3.2 Исследование влияния режимов обработки на температуру в зоне резания……………………………………………….…………………...…… 44
3.3 Рекомендации по выбору технологических режимов высокоскоростного фрезерования сталей…………………………………… 49
Выводы по главе……...……………………………………………………….. 51
4 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ…….…………………………………….. 53
4.1 Исходные данные.………….……………………………………………... 53
4.2 Разработка технологического процесса изготовления детали..………... 56
4.3 Выбор средств технологического оснащения ………………………….. 60
4.4 Проектирование операционной технологии…………………………….. 62
Выводы по главе……..……………………………………………………….. 70
ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………….………………………………………. 71
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ………………………………………………… 73
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.………………………… 74
Приложение А. Чертеж детали………………………………………………. 77
Приложение Б. Комплект технологической документации…..……………. 78

Весь текст будет доступен после покупки

Фрезерование является одним из самых распространенных и производительных методов лезвийной обработки в промышленности. Прерывистый цикл работы режущей кромки позволяет использовать принципы высокоскоростной обработки (ВСО), что значительно повышает производительность и качество.
Повышение эффективности ВСО требует углубленного изучения физических явлений, сопровождающих процесс резания. Основными отличиями ВСО от традиционной механической обработки с физической точки зрения являются - преобладание быстротекущих динамических процессов в зоне резания и ярко выраженная нелинейность законов развития этих процессов.
Кроме того, высокая скорость процессов пластической деформации и тепловых процессов при ВСО в совокупности с существенной нелинейностью зависимости силы резания от толщины среза и скорости резания приводят к возникновению хаотического состояния динамической системы, вследствие чего динамическая система станка становится очень чувствительной даже к незначительным внешним возмущениям.
Температура резания является одним из ключевых факторов, позволяющих управлять процессом резания для достижения необходимых характеристик изделия и стойкостью режущего инструмента.

Весь текст будет доступен после покупки

1 АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ ПРОТЕКАЮЩИХ ПРИ ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ОБРАБОТКЕ

1.1 Состояние и перспективы высокоскоростной обработки

Повышение эффективности механической обработки является важнейшей задачей современного машиностроения, включающей в себя достижение наиболее высокой производительности обработки с обеспечением заданного уровня качества поверхностного слоя деталей. Решение этой задачи в настоящее время может быть достигнуто за счет выбора наиболее рациональных методов обработки деталей, а также за счет обоснования оптимального уровня параметров обработки, обеспечивающих максимальную производительность или минимальную себестоимость.
Современной тенденцией обработки металлов является переход в область высокоскоростного резания - режимам обработки, при котором скорости резания и скорости подач в десятки или сотни раз превышают общепринятые. Для такого материала, как сталь, зона высокоскоростной обработки составляет обычно от 300 до 1700 м/мин, для титана она находится в.диапазоне от 300 до 1200 м/мин, а для алюминия высокоскоростной считается зона от 2500 до 6500 м/мин [9, 12]. При высоких скоростях резания уменьшаются силы резания, и значительно увеличивается производительность обработки [7].
Значение высокоскоростной обработки и в особенности высокоскоростного фрезерования значительно возросло с появлением новых конструкций станков и инструментов [2, 25], позволяющих снимать большой объем материала, что приводит к снижению времени обработки при одновременном повышении качества обработанной поверхности.
Высокоскоростную обработку (ВСО) принято считать одной из современных технологий, которая, по сравнению с обычным резанием, позволяет увеличить эффективность, точность и качество механообработки. Первое официальное объяснение явления HSM было предложено Карлом Саломоном в 1931 году. Он предположил, что при некоторой скорости резания, которая является в несколько раз выше, чем при обычной механообработке, теплопередача от стружки к инструменту начинает уменьшаться. Теоретическим обоснованием ВСО являются так называемые кривые Соломона, которые показывают снижение сил резания в диапазоне высоких скоростей.
При ВСО лезвийным инструментом скорость резания, определяемая частотой вращения шпинделя и диаметром инструмента, - один из главнейших факторов. Установлено, что по мере повышения скорости резания; температура зоны резания возрастает, достигая некого максимального значения. Для каждого обрабатываемого материала характерны определенные значения, как максимальной температуры, так и соответствующей ей скорости резания. Поэтому принято определять высокоскоростную обработку как обработку с любой скоростью, превышающую скорость, соответствующую пиковой температуре. При дальнейшем увеличении скорости резания, температура резания начинает снижаться, то есть крутящий момент, необходимый для выполнения резания, также снижается. Таким образом, имеются рабочая зона с пиковым значением крутящего момента при обычных скоростях (выход вверх за пределы этой зоны грозит изломом инструмента) и зона, где инструмент нормально работает при сверхвысоких скоростях [8, 23].

Весь текст будет доступен после покупки

1. Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов. - М., 1975. - 344 с.
2. Виттингтон К., Власов В. Высокоскоростная механообработка // САПР и графика. 2002. №11.
3. Внедрение HSM фрезерования в современном производстве. Материалы компании ООО «Инженерный консалтинг». Адрес в Интернет http://www.e-consul.ru/content/page_24_0.html
4. Выбор станков для высокоскоростной обработки. Материалы компании «Galika AG». Адрес в Интернет: http://www.galika.ru/article_17.htm.
5. Григорьев С.Н. Направления развития отечественного станкостроения. // «Комплект: ИТО». 2003. № 05, С. 3-5.
6. Измерения в промышленности./Под ред. П.Профоса.
7. Кабалдин Ю.Г., Биленко C.B., Серый C.B. Использование методов нелинейной динамики при управлении станком с ЧПУ // Вестник машиностроения, 2003, № 3, С. 38-41.
8. Клушин М.И. О физических основах сверхскоростного резания. Горький, ГПИ, 1961. т. XVII. Вып.4. С. 15-22.
9. Клушин М.И. О физических основах сверхскоростного резания. Горький, ГПИ, 1961. т. XVII. Вып.4. С. 15-22.
10. Кугультинов С. Д., Жиляев А. С. Совершенствование процесса фрезерования деталей сложной формы из алюминиевых сплавов благодаря управлению величиной силы резания // Интеллектуальные системы в производстве. Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2013. С. 75–78.

Весь текст будет доступен после покупки