1. Аннотация 7
2. Введение 7
3. Задачи для выполнения литературного обзора 8
4. Литературный обзор 9
4.1. Исследование сил резания на передней и задней поверхностях 9
4.2. Исследование процесса стружкообразования 11
4.2.1. Исследование процессов сливного и элементного
стружкообразования 11
4.2.2. Измерение длины контакта стружки с передней поверхностью
инструмента 13
4.2.3. Исследование изменения сил резания при сливном и элементном
стружкообразовании 14
4.2.4. Влияние подачи, глубины и скорости резания на силы и температуру
резания 15
4.2.5. Влияние обрабатываемого материла на силы на передней
поверхности инструмента и температуру резания 16
4.2.6. Влияние обрабатываемого материла на силы на задней поверхности
инструмента 24
4.3. Исследование температуры резания и распределения температуры в
режущем клине 26
4.4. Изучение распределения контактных нагрузок на передней и задней
поверхностях 28
4.5. Исследование распределения внутренних напряжений в режущем клине. 40
4.5.1. Поляризационно-оптический метод 40
4.5.2. Интерференционный метод (метод лазерной интерферометрии) 41
4.5.3. Метод конечных элементов 41
4.6. Оценка прочности режущего инструмента 42
4.7. Постановка задачи на основе литературного обзора 43
5. Методика выполнения работы 45
5.1. Приложение внешних нагрузок на передней и задней поверхностях 46
5.2. Создание модели режущего инструмента 50
5.3. Задание физико-механических характеристик инструментального и
обрабатываемого материалов 52
5.4. Расчёт внутренних напряжений и деформаций в режущем клине 53
5.5. Расчёт температур в режущем клине и на поверхностях инструмента.... 54
6. Исследование прочности дисковой фрезы 56
6.1. Подготовка исходных данных для моделирования 56
6.2. Расчёт НДС зуба фрезы и места крепления вставки 63
6.3. Исследование НДС зуба фрезы при разной толщине режущей пластины 65
6.4. Исследование НДС инструмента при разном характере распределения
контактных нагрузок 67
6.5. Влияние формы зуба фрезы на НДС режущего клина 69
6.6. Влияние переднего и заднего угла фрезы на НДС режущего клина 71
6.7. Влияние подачи, глубины и скорости резания на НДС режущего клина 73
6.8. Влияние инструментального материала на НДС режущего клина 74
6.9. Влияние фаски износа по задней поверхности на НДС режущего клина 77
6.10. Выводы 80
6.11. Литература 83
При обработке резанием необходим правильный выбор режущего инструмента. Конструкция инструмента, инструментальные материалы и геометрические параметры режущего инструмента влияют на стойкость инструмента, эффективность производства, качество обработки. Режущий инструмент должен иметься хорошие характеристики: высокую механическую прочность и красностойкость, твёрдость, большую ударную вязкость, хорошую усталостную прочность и отличное сопротивление износу.
С развитием компьютерных программ и технологий, вычислительной техники, много инженерных проблем решается численными методами с помощью компьютерных программ, включая определение распределения температуры и внутренних напряжений в режущем клине при резании. В настоящее время наиболее широко используемый численный метод исследования - это метод конечных элементов.
При обработке труднообрабатываемых материалов дисковой фрезой возникают внутренние напряжения, приближающиеся к пределу прочности инструментального материала. Для исследования напряжённодеформированного состояния (НДС) режущего инструмента и оценки его прочности было решено использовать метод конечных элементов (МКЭ), реализуемый с помощью программного обеспечения ANSYS.
Эта компьютерная программа позволяет рассматривать НДС областей с небольшими размерами, что характерно для исследования режущего клина в области стружкообразования. С помощью этого метода можно также моделировать процесс резания, а затем выбрать рациональную конструкцию инструмента, геометрию и режим резания, чтобы увеличить надёжность и стойкость режущего инструмента, производительность обработки, используя все возможности инструмента.
Для достижения выше изложенной цели были сформулированы следующие основные задачи для выполнения литературного обзора:
1. Исследование сил резания при обработке.
2. Выяснение процесса стружкообразования при резании.
3. Выяснение причин поломки инструмента при резании.
4. Исследование распределения контактных нагрузок (напряжений) на рабочих поверхностях инструмента.
5. Исследование температуры резания и распределения температуры на поверхностях режущего клина и внутри него.
6. Изучение методов исследования напряжённо-деформированное состояние токарного резца при точении.
7. Изучение особенностей использования метода конечных элементов при работе с программой ANSYS.
1. При обработке стали 35ХГСА острозаточенным инструментом с у=0° в первый же момент происходит выкрашивание режущей кромки с образованием фаски на задней поверхности вследствие превышения сжимающих напряжений предельного значения. Максимальная деформация происходит на режущей кромке.
2. При большей толщине режущей пластины эквивалентные напряжения существенно меньше, но увеличение толщины более 8 мм существенных изменений не вызывает.
3. Наибольшее напряжение в тонких пластинах (менее 4 мм) превышает предел прочности на сжатие инструментального материала - быстрорежущей стали Р6М5 (о-в= -5000 МПа), что подтверждается на практике (тонкие пластины при обработке стали 35ХГСА ломаются).
4. Появление фаски на задней поверхности благоприятно сказывается на напряжённом состоянии рабочей части инструмента: растягивающие напряжения в режущем клине уменьшается.
Но с ростом фаски износа увеличивается сила трения и температура резания, которые проводят к отпуску быстрорежущей стали и катастрофическому износу инструмента.
5. С увлечением заднего угла уменьшается сила трения между задней поверхностью и обработанной поверхностью, но существенно уменьшается и прочность инструмента.
6. С увлечением переднего угла уменьшается сила резания, но уменьшается прочность инструмента, к тому же ухудшается отвод тепла от режущей кромки из-за уменьшения объёма тела режущего клина. Уменьшение теплоотвода приводит к уменьшению стойкости инструмента.
7. При черновой обработке стали для увеличения снимаемого за один рабочий ход припуска необходимо использовать большую глубину резания, подачу и небольшую скорость резания. Поэтому прочность инструмента должна быть высокая, так что оптимальная геометрия инструмента для черновой обработки стали 35ХГСА: передний угол у = -10°, задний угол а =20°, ширина заточенной фаски на задней поверхности 0,02 мм и режущий клин из быстрорежущей стали.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
