Для отправки ваших публикаций, пожалуйста, зарегистрируйтесь.

Если Вы уже зарегистрированы, то авторизуйтесь на сайте.


  1. Вход или регистрация
  1. Подписка

Влияние износа режущего инструмента на процесс стружкообразования при фрезеровании композиционного материала
10 июня 2019             

Авторы: С.В. ГАЙСТ, аспирант, ассистент А.М. МАРКОВ, доктор техн. наук, профессор А.М. САЛМАН, аспирант (АлтГТУ им. И.И. Ползунова, г. Барнаул) Гайст С.В. – 656038, г. Барнаул, пр. Ленина, 46 Алтайский государственных технический университет им. И.И. Ползунова, e-mail: sergei_gaist@mail.ru
 

Введение

 
Композиционные материалы нашли широкое распространение во всех сферах машиностроения. Технологический процесс изготовления таких деталей может включать механическую обработку, в частности фрезерование [1, 2, 3], которое обеспечивает удаление литников, заусенцев, остающихся на заготовке после операций формообразования. Механическая обработка композиционных материалов имеет ряд особенностей (анизотропия, низкая теплопроводность, абразивное воздействие на режущий инструмент, высокие упругие характеристики обрабатываемого материала и т.д.) [4,5,6], которые требуют дальнейшего изучения: требует исследования процесс образования стружки при фрезеровании. Целью работы является установление взаимосвязи между износом режущего инструмента и типом стружки. Полученные результаты могут быть использованы в системах автоматизированного проектирования групповых операций механической обработки [7] композиционных материалов для прогнозирования выходных параметров [8, 9].
 

Теория

 
Известно, что стружкообразование, являясь составной частью процесса резания, определяет его основные характеристики, такие как сила резания, количество выделяемой теплоты, точность и качество обработанной поверхности. Сравнивая процесс стружкообразования при резании металлов с процессом стружкообразования композиционного материала, можно отметить, что во многом он несет в себе признаки образования элементной стружки и одновременно стружки надлома. Однако по мере увеличения ширины площадки износа по задней поверхности инструмента связь между отдельными элементам стружки становится менее прочной. При достижении определенной степени износа инструмента стружка начинает распадаться на мелкие элементы разной величины. Вопросы стружкообразования при механической обработки композиционных материалов рассматривались в работах Королева А.А., Руднева А.В., Степанова А.А., Штучного Б.П., Ярославцева В.М. и др. Анализ работ показывает, что процесс резания композиционного может быть представлен следующими основными стадиями деформирования и разрушения (рисунок 1).
 
 
Влияние износа режущего инструмента на процесс стружкообразования при фрезеровании композиционного материала
Рис. 1. Процесс образования стружки при резании композиционного материала: а, б, в – последовательные стадии стружкообразования [1, 10]
 
 
 
 
Начальная стадия – сжатие материала, приводящее к смятию контактных слоев и образованию микротрещин, вызывающих местное разупрочнение связующего (рисунок 1. а). Но втором этапе (образование зоны сдвига) происходит хрупкое разрушение матрицы (рисунок 1. б), и смещение вдоль плоскости скалывания образовавшегося элемента стружки. На заключительном этапе в области А (рисунок 1. в) осуществляется смятие материала и образование следующего элемента стружки. Далее процесс повторяется.
 
Особенностью процесса стружкообразования при обработке стеклопластика является систематическое образование на обработанной поверхности микротрещин типа надрезов, которые направлены примерно перпендикулярно линии среза а-а (рисунок 1 в), образуя, так называемый, дефектный слой. Это связано с высокими упругими деформациями обрабатываемого материала в зоне стружкообразования. В области контакта задней поверхности инструмента с обрабатываемой заготовкой возникают высокие контактные давления и температура, которые сопровождаются большие касательные напряжения в направлении движения резания и, как следствие, разрушение поверхностного слоя материала, испытывающего растягивающие напряжения. Значительную роль в процессе стружкообразования композиционного материала играет износ инструмента: увеличение площадки износа приводит к возрастанию контактных напряжений, приводящих к разрушению связей между элементами стружки. По мере увеличения износа стружка изменяется от сливной к пылевидной.
 
Процесс стружкообразования при фрезеровании стеклопластика с расположением волокон с косой продольно-поперечной намоткой остается недостаточно изученным, что затрудняет изучение формированием поверхностного слоя обработанной поверхности, от состояния которого зависят качество изделия и его эксплуатационные характеристики в целом. Методика экспериментальных исследований В качестве экспериментальных образцов взята заготовка из стеклопластика косослойной продольно поперечной намотки (КППН) -Д СТП 001-98. Матрица представляет собой эпоксидную смолу типа сложный виниловый эфир бисфенол А (SWANCOR 901).Наполнитель - высокопрочное стекло марки ВМП (хим. состав: 55–60 % SiO2, 24–27 % Al2O3, 11–16 % MgO).Экспериментальные исследования проводились согласно методике факторного эксперимента. В процессе экспериментов контролировали износ режущего инструмента(h, мкм) [5] и силу резания (Р, Н) [11].
 
Исследования проводились на фрезерном станке модели Challenger RH-20. В качестве режущего инструмента выбрана 3-х зубая цельная концевая фреза диаметром 10 мм (твердый сплав ВК8), имеющая следующие геометрические параметры: передний угол γ = 10°, задний угол α = 15°, угол подъёма винтовой канавки ω = 10°[12].
 
Контроль износа инструмента по задней поверхности зубьев осуществляется с помощью прибора, разработанного на основе микроскопа МПБ-2, цена деления которого составляет 0,05 мм.
 
Для измерения составляющих силы резания на кафедре «Технология машиностроения» ФГБОУ ВО «АлтГТУ им И. И. Ползунова» была разработана оригинальная конструкция многокомпонентного динамометра (патент на полезную модель № 169315)
 
За критерий износа согласно рекомендациям ОСТ 5.9569-74 был принят износ по задней поверхности величиной 0,3 мм.

Результаты и обсуждение

В ходе проведенных экспериментальных исследований были получены зависимости влияния износа режущего инструмента на тип стружки и изменение силы резания.
 
P=1576h - 8,142 (1)
 
где Р - сила резания, Н; h - износ режущего инструмента по задней поверхности, мкм.
 
Как видно из графика (рисунок 2) на начальном периоде от 0,05 до 0,15 мм тип стружки преобладает сливной (рисунок 3 а), размеры которой составляют порядка 5-10 мм. В момент износа режущего инструмента от 0,15 до 0,25 мм – элементная (рисунок 3 б), а при приближении износа в критическому образуется пылевидная стружка (рисунок 3 в). Актуальные проблемы в машиностроении. 
 
 
Влияние износа режущего инструмента на процесс стружкообразования при фрезеровании композиционного материала
Рис. 2. График зависимости изменения типа стружки от износа режущего инструмента и силы резания а б в
 
 
 
 
Влияние износа режущего инструмента на процесс стружкообразования при фрезеровании композиционного материала
Рис. 3. Виды стружки на различный стадиях износа фрезы: а - острозаточенный инструмент; б - износ по задней поверхности от 0,15 до 0,25мм; в - износ по задней поверхности от 0,25 до 0,35 мм.
 
 
 
 

Выводы

 
Исследование показало, что тип стружки при механической обработке композиционных материалов, в частности, стеклопластика, полученного методом косослойно продольно поперечной намотки, определяется износом инструмента. При этом все три типа стружки могут присутствовать при любом значении износа. Однако на начальных стадиях износа преобладает сливной тип. При среднем износе образуется преимущественно элементная стружка. При износе, близком к критическому – пылевидная. Представленные графические и аналитические зависимости могут использованы при проектировании операции механической обработки композиционного материала. Исследование показало, что тип стружки при механической обработке композиционных материалов, в частности, стеклопластика, полученного методом косослойно продольно поперечной намотки, определяется износом инструмента. При этом все три типа стружки могут присутствовать при любом значении износа. Однако на начальных стадиях износа преобладает сливной тип. При среднем износе образуется преимущественно элементная стружка. При износе, близком к критическому – пылевидная. Представленные графические и аналитические зависимости могут использованы при проектировании операции механической обработки композиционного материала.
 
 
Список литературы

1. Ярославцев В.М. Обработка резанием полимерных композиционных материалов: учебное пособие. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012. – 184 c.
2. Степанов А.А. Обработка резанием высокопрочных композиционных полимерных материалов. – Л.: Машиностроение, 1987. – 176 с.
3. Ширинкин В.В., Макаров В.Ф., Мешкас А.Е. Обзор международных исследований и изучение процесса стружкообразования при сверлении композиционных материалов // Наукоемкие технологии на современном этапе развития машиностроения: материалы VIII Международной научно-технической конференции. – М.: МАДИ, 2016. – С. 260–262.
4. Мозговой Н.И., Марков А.М., Мозговая Я.Г. Проектирование операций изготовления отверстий в деталях из стеклопластика // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2012. – № 1. – С. 45–49.
5. Исследование процесса фрезерования стеклопластиков / Е.Ю. Лапенков, С.А. Катаева, С.В. Гайст, П.О. Черданцев, А.М. Марков // Вестник алтайской науки. – 2015. – № 3–4 (25–26). – С. 39–44.
6. Марков А.М., Макарова Н.А., Гайст С.В. Износ инструмента при фрезеровании стеклопластика // Наукоемкие технологии в машиностроении. – 2017. – № 4 (70). – С. 25–30.
7. Марков А.М., Маркова М.И., Плетнева Е.М. Алгоритм проектирования группового технологического процесса механической обработки деталей // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2012. – № 4. – С. 5–9.
8. Forecasting of machined surface waviness on the basis of self-oscillations analysis / E.B. Belov, S.L. Leonov, A.M. Markov, A.A. Sitnikov, V.A. Khomenko // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. – 2017. – Vol. 50 (1). – P. 012053.
9. Yuanyushkin A.S., Rychkov D.A., Lobanov D.V. Surface quality of the fiberglass composite material after milling // Applied Mechanics and Materials. – 2014. – Vol. 682. – P. 183–187.
10. Ярославцев В.М. Процесс образования стружки при резании полимерных композиционных материалов с волокнистыми наполнителями // Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия: Машиностроение. – 2012. – № 2. – С. 81–87.
11. Rychkov D.A., Yanyushkin A.S. The methodology of calculation of cutting forces when machining composite materials // Innovative Technologies in Engineering: VII International Scientific Practical Conference. Conference Proceedings. – Tomsk, 2016. – P. 12088.
12. Конструкции фрез для обработки стеклопластиков / С.А. Катаева, А.М. Марков, П.О. Черданцев, С.В. Гайст, Е.Ю. Лапенков // Актуальные проблемы в машиностроении. – 2016. – № 3. – С. 307–312.
 
Актуальные проблемы в машиностроении. Том 5. № 1-2. 2018 Инновационные технологии в машиностроении

Обсудить статью на Форуме Машиностроителей






Комментариев пока нет
{c_navigation}

Написать комментарий

Другие публикации по теме





Автоматизация промышленных предприятий Автоматизация промышленных предприятий
Диспетчеризация производства, идентификация и прослеживаемость, управление КПЭ (KPI)...
(495) 662-43-70
Rodcraft (Родкрафт), Deprag, Stahlwille (Штальвиль), инструмент Atlas Copco (Атлас Копко), Iscar (Искар), Sandvik Coromant (Сандвик Коромант), Mitsubishi (Митсубиси). Маркировка труб, горячего металла в металлургии. Промышленное оборудование и инструмент
Rodcraft (Родкрафт), Deprag, Stahlwille (Штальвиль), инструмент Atlas Copco (Атлас Копко), Chicago Pneumatic (Чикаго Пневматик), Fuji (Фуджи), Desoutter, Iscar (Искар), Sandvik Coromant (Сандвик Коромант), Mitsubishi (Митсубиси), Korloy (Корлой), Seco tools, SGS tools, Onsrud, Fette, Guhring и пр. Оборудование для маркировки. Маркировка труб, горячего металла в металлургии. Фаскосниматели (фаскорезы, кромкорезы), ручные фрезеры по металлу. Пневмодвигатели (пневматические двигатели, пневмомоторы).
(495) 668-13-58
ИРОК-2М. Купить. Инструкция.
Инструмент ИРОК-2М от производителя. Купить. Скачать инструкцию и другие документы. Прочий электромонтажный инструмент и электрокомпоненты.
(495) 668-13-58 доб. 4
Реклама на сайте и-Маш Реклама на сайте и-Маш      
pr()i-mash.ru