Тип работы:
Предмет:
Язык работы:


Исследование прочности дисковых фрез методом конечных элементов

Работа №11891

Тип работы

Магистерская диссертация

Предмет

технология машиностроения

Объем работы86
Год сдачи2016
Стоимость5900 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено
512
Не подходит работа?

Узнай цену на написание


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.


Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь студентам в написании работ!


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.



1. Кожевников Д.В., Кирсанов С.В. Резание материалов. -М.: Машиностроение, 2012. -304 с.
2. Кожевников Д.В., Гречишников В.А., Кирсанов С.В., Григорьев С.Н., Схиртладзе А.Г. Режущий инструмент: учебник для вузов / Под общ. ред. С.В. Кирсанова. М.: Машиностроение, 2014, 520 с.
3. Справочник конструктора-инструментальщика. / под ред. В.А. Гречишникова, С.В. Кирсанова. М.: Машиностроение, 2006, 542 с.
4. Армарего И.Дж., Браун Р.Х. Обработка металлов резанием. М.: Машиностроение, 1977. 326 с.
5. Бобров В.Ф. Влияние угла наклона главной режущей кромки инструмента на процесс резания металлов. М.: Машгиз, 1962. 152 с.
6. Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов. М.: Машиностроение,1975. 344с.
7. Васильев А.С., Дальский A.M., Золотаревский Ю.Н., Кондаков А.И.Направленное формирование свойств изделий машиностроения / Подред. А.И. Кондакова. М.: Машиностроение, 2005. 352 с.
8. Васин С.А., Верещака А.С., Кушнер B.C. Резание материалов: Термомеханический подход к системе взаимосвязей при резании. М.: Изд- во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. 448 с.
9. Верещака Д.С. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями. М.: Машиностроение, 1993. 336 с.
10. Виноградов А.А. Физические основы процесса сверления труднообрабатываемых материалов твердосплавными сверлами. Киев: Наукова думка,1985. 263 с.
11. Грановский Г.И., Грановский В.Г. Резание металлов. М.: Высшая школа,1985. 304 с.
12. Kozlov V. N., Li X. Influence of сЫр formation ^am^ristics on flank contact load distribution in titanium alloy cutting / V. N. Kozlov, X. Li. // Applied Mechanics and Materials: Scientific Journal. - 2015. - Vol. 756: Mechanical
Engineering, Automation and Control Systems (MEACS2014). - pp. 126- 131.Зорев Н.Н. Вопросы механики процесса резания металлов. М.: Машгиз,1956. 367 с.
13. Кожевников Д.В. Некоторые вопросы механики процесса косоугольного резания стали. // Известия вузов. Машиностроение. 1960, № 6, С.139...148.
14. Narutaki N et al 1983 CIRP Annals - Manufacturing Technology 32(1) 65-69
15. Wang B et al 2013 International journal of Machine Tools & Manufacture 73 1-8
16. Hu J and Chou Y 2007 Wear 263(7-12) 1454-1458
17. Лоладзе Т.Н. Прочность и износостойкость режущего инструмента. М.:Машиностроение, 1982. 320 с.
18. Афонасов А. И. Обрабатываемость заготовок из титанового сплава ВТ22, прошедших горячую обработку с защитными покрытиями / А. И. Афонасов // Справочник. Инженерный журнал. - 2014. - № 8. - С. 18-21.
19. Верещака А. С., Аникеев А. И., Дачева А. В. Повышение эффективности резания труднообрабатываемых материалов / А. С. Верещака, А. И. Аникеев, А. В. Дачева // Технология машиностроения. - 2010. - № 3. - С.17-22.
20. Che-Haron C. H. Tool life and surface integrity in turning titanium alloy / C. H. Che-Haron // Journal of Materials Processing Technology. - 2001. - № 3 - pp. 231-237.
21. Narutaki N., Murakoshi A., Motonishi S., Takeyama H. Study on machining of titanium alloys. CIRP Annals / N. Narutaki, А. Murakoshi, S. Motonishi, H. Takeyama // Manufacturing Technology. - 1983. - № 1 - pp. 65-69.
22. Mohammadpour M., Razfar M. R., Jalili Saffar R. Numerical investigating the effect of machining parameters on residual stresses in orthogonal cutting / M. Mohammadpour, M. R. Razfar, R. Jalili Saffar // Simulation modelling practice and theory. - 2010 - № 18 - pp. 378-389.
23. Полетика М.Ф. Контактные нагрузки на режущих поверхностях инстурмента. -М.: Машиностоение, 1969. -150 с.
24. Развитие науки о резании металлов / В.Ф. Бобров, Г.И. Грановский, Н.Н. Зорев и др. М.: Машиностроение, 1967. 416с.
25. Режимы резания металлов: Справочник Ю.В. Барановский, Л.А. Брахман,
A. И. Гдалевич и др. М.: НИИТавтопром, 1995. 456 с.
26. Резание и инструмент / Под ред. A.M. Розенберга. М.: Машиностроение, 1964. 228 с.
27. Титов В. Б., Ревин Н. Н., Зубарев Ю. М. Моделирование напряженнодеформированного состояния и оценка хрупкой прочности режущего инструмента / В. Б. Титов, Н. Н. Ревин, Ю. М. Зубарев // Инструм. и технол.
- 2004. - № 17-18. - С. 227-233.Резников А.Н., Резников Л.А. Тепловые процессы в технологическихсистемах. М.: Машиностроение, 1990. 288 с.
28. Розенберг A.M. Динамика фрезерования. М.: Советская наука. 1945.360 с.
29. Shi B., Attia H. Modeling the thermal and tribological processes at the tool-chip interface in machining / B. Shi, H. Attia // Mach. Sci. and Technol. - 2009. - V. 13; № 2. - pp. 210-226.
30. Новиков Г. В., Снисаренко И. Н. Повышение прочности и износостойкости режущего инструмента / Г. В. Новиков, И. Н. Снисаренко // Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации. Ч. 1: Материалы 6 Международной научно-технической конференции, Курск, 18-20 дек., 2008. - Курск, 2008. - с. 218-224. Смазочно-охлаждающие технологические средства для обработки металлов резанием: Справочник / Под общ.ред. С.Г. Энтелиса, Э.М. Берлинера. М.: Машиностроение, 1995. 496 с.
31. Справочник инструментальщика / И.А. Ординарцев, Г.В. Филиппов,А.Н. Шевченко и др.; Под общ.ред. И.А. Ординарцева. Л. : Машиностроение, 1987. 846 с.
32. Справочник конструктора-инструментальщика / Под общ.ред.
B. А.Гречишникова и С.В. Кирсанова. М.: Машиностроение, 2006. 720 с.
33. Аршинов С. В., Горелов В. А., Кушнер В. С., Бургонова О. Ю. Сопротивление титановых сплавов резанию / С. В. Аршинов, В. А. Горелов, В. С. Кушнер, О. Ю. Бургонова // Вестник машиностроения. - 2015. - № 10.
- С. 75-80.
34. Vichev S., Kirov V., Hristov D. Strength calculation of cutting tools / S. Vichev, V. Kirov, D. Hristov. // International Journal of Machine Tools and Manufacture. Volume 34, Issue 1, January 1994. pp. 13-18.
35. Oraby S. E., Hayburst D. R. Tool life determination based on the measurement of wear and tool force ratio variation / S. E. Oraby, D. R. Hayburst // International Journal of Machine Tools and Manufacture, 44, (2004), pp. 1261 - 1269.Ящерицын П.И., Фельдштейн Е.Э., Корниевич М.А. Теория резания.Минск: Новое знание, 2005. 512 с.
36. Хуан Ч., Цуй Ц., Чжан Ц., Козлов В.Н. Методика измерения контактных напряжений на поверхностях режущего инструмента / Наука и образование: Материалы XX Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (18-22 апреля 2016 г.) - Томск: Издательство Томского государственного педагогического университета, 2016, с. 69-75.
37. Z. Huang, J. Zhang, V. Kozlov Strength of inserts in titanium alloy machining / Mechanical Engineering Processes and Metal Treatment (MEACS 2015) 2016 IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 124 012174, Vol. 124, Number 1, 2016, pp. 162167.
38. Хуан Ч., Чжан Ц., Лещинер Е.Г., Козлов В.Н. Прочность режущих пластин при обработке титанового сплава / Профессиональное образование: проблемы и достижения: Материалы V Международной научнопрактической конференции (15-17 декабря 2015 г.) - Томск: Издательство Томского государственного педагогического университета, 2015, с. 59-65.
39. Хуан Ч., Чжан Ц., Лещинер Е.Г., Козлов В.Н. Расчёт прочности режущих пластин при обработке титанового сплава / Актуальные проблемы в машиностроении: Материалы III Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы в машиностроении» (30 марта 2016 г.) - Новосибирск: Издательство НГТУ, 2016, с. 59-65.
40. Справочник технолога - машиностроителя. В 2 - х Т. 2/ Под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мешерякова. - 4-е изд., перераб. И доп.- М.: Машиностроение, 1985. 496 с., ил.


Работу высылаем на протяжении 30 минут после оплаты.




©2024 Cервис помощи студентам в выполнении работ