Повышение работоспособности сборных режущих инструментов на основе исследования напряженно-деформированного состояния и прочности сменных твердосплавных пластин

• Автор: Артамонов, Евгений Владимирович
• Шифр специальности: 05.03.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 363 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Анализ видов разрушения и износа СМИ из твердых сплавов в процессе резания
1.2. Патентные исследования конструкций СМП
1.3. Факторы, определяющие конструктивные параметры СМП
1.4. Результаты исследования напряженно-деформированного состояния и прочности режущих элементов инструментов
1.5. Работоспособность режущих элементов из твердых сплавов
1.6. Основные сведения об инструментальных твердых сплавах и их разрушении
1.7 Теоретические основы механики разрушения и прочности структурно-неоднородных материалов
1.8.Анализ проведенных работ. Цели и задачи исследования
2. РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ, РАЗРУШЕНИЯ, ПРОЧНОСТИ И МАКСИМАЛЬНОЙ РАБОТОСПОСОБНОСТИ СМП ИЗ ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ
2.1. Исследование взаимосвязи изменений физико-механических характеристик инструментальных твёрдых сплавов (ИТС) в зависимости от температуры с износом и работоспособностью инструментов
2.2. Взаимосвязь трещиностойкости твёрдых сплавов с инструментальным коэффициентом Ки
2.3. Разработка моделей напряженного состояния СМП из твёрдых сплавов с учетом напряжений I и II рода:
2.3.1. Разработка математической и физической моделей температурных микронапряжений в ИТС (напряжений II рода)
2.3.2. Разработка моделей напряженного состояния СМП с учетом напряжений I и II рода
2.4. Разработка моделей разрушения и прочности СМП из твёрдых сплавов

2.4.1. Теоретические основы
2.4.2. Разработка математической и физической моделей разрушения СМП из ИТС
2.4.3. Разработка моделей прочности и механики разрушения режущего клина СМП с учетом состояния ИТС
2.4.4. Статистика разрушения СМП из твердых сплавов
2.4.5. Усталостная прочность СМП из твердых сплавов
2.5. Алгоритм расчета на прочность СМП из ИТС
2.6. Разработка методики численного исследования НДС СМП инструментов на основе метода конечных элементов
2.7. Выводы
3. РАЗРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧЕСКОГО МЕТОДА ИССЛЕДОВАНИЯ НДС В РЕЖУЩЕМ ИНСТРУМЕНТЕ НА ОСНОВЕ ЛАЗЕРНОЙ ИНТЕРФЕРОМЕТРИИ
3.1. Новый метод определения деформаций и напряжений по данным интерферометрических измерений
3.1.1. Суть интерферометрического метода
3.1.2. Разработка математических моделей для расчета составляющих напряжений стх, ау, тху численным методом по суммам главных напряжений
3.1.3. Экспериментальная установка и методика проведения опытов
3.1.4. Расчет составляющих напряжений в клине по экспериментальным данным и теоретически
3.2. Новый способ определения модуля упругости Е и коэффициента Пуассона ц методом лазерной интерферометрии
3.2.1. Математическая модель способа
3.2.2. Устройство для определения модуля упругости Е и коэффициента Пуассона ц
3.3. Экспериментальная установка для исследования НДС режущего клина инструмента интерферометрическим методом с применением киносъемки
3.4. Установка для исследования напряжений в плоскости СМП

3.5. Расчет температур в режущем клине
3.6. Выводы
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ И ПРОЧНОСТИ СМП ИНСТРУМЕНТОВ
4.1. Определение силы резания при точении сборными резцами с СМП
4.2. Влияние схемы базирования и крепления СМП на жесткость сборных инструментов
4.3. Исследование напряженно-деформированного состояния режущего клина инструмента в плоскости схода стружки
4.3.1. Исследование механики процесса резания с переменной толщиной среза
4.3.2. Контактные напряжения на режущих кромках инструментов при резании с переменными толщинами среза
4.3.3. Распределение главных напряжений в режущей части инструмента при резании с постоянной толщиной среза и врезанием
4.3.4. Эмпирические зависимости распределения контактных напряжений на передней и задней поверхностях режущего клина инструмента
4.3.5. Моделирование напряженного состояния инструмента
4.3.6. Аналитический расчет напряженного состояния режущей части инструмента и экспериментальная проверка
4.4. Исследование напряженно-деформированного состояния в плоскости СМП
4.4.1.Определение конструктивных параметров, характеризующих напряженно-деформированное состояние и прочность СМП
4.4.2. Определение величины силы крепления СМП в корпусе сборного инструмента
4.5. Результаты исследования объемного напряженного состояния СМП
4.6. Циклический характер нагружения режущей части инструмента в процессе резания

Рис. 1.22. Комплексная расчетная схема РЭ сборного инструмента [143]
Рис. 1.23. Геометрическая модель РЭ для учета реальных граничных условий [143]
сборного инструмента, позволяющей оптимизировать его конструкцию на стадии проектирования. Авторы работы правильно отмечают, что маловероятно построение математической модели, в достаточной степени учитывающей все параметры, дающей результаты приемлемой точности и в то же время поддающейся анализу на многофакторную оптимизацию. Расчетные схемы режущего элемента сборного инструмента представлены на рис. 1.22, 1.23.
На сегодняшний день расчет напряженно-деформированного состояния СМИ как режущего клина, нагруженного эпюрами контактных напряжений, и моделирование этой задачи как балки на упругом основании становится уже недостаточным в силу влияния, помимо названных граничных условий нагружения СМИ, еще их схем базирования, крепления и конструктивных параметров пластин.
Профессором Петрушиным С.И. разработана методика определения оптимального значения переднего угла и формы равнопрочной передней поверхности при нагружении режущего клина СМП [159]. На рис. 1.24 показано поле линий равных модулей упругости инструментального материала, удовлетворяющего условиям равнопрочности. Из него следует, что для обеспечения равнопрочное режущего клина, нагруженного сосредоточенными силами необходимо, чтобы при приближении к нулевой линии модуль упругости увеличивался. Для практической реализации модели равнопрочного режущего клина была разработана методика проектирования и изготовления композиционной