Интенсификация нестационарного резания труднообрабатываемых материалов на основе оптимизации термодинамических условий изнашивания режущего инструмента

• Автор: Постнов, Владимир Валентинович
• Шифр специальности: 05.03.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 372 с. : ил.

1. Анализ состояния проблемы нестационарного резания труднообрабатываемых материалов

1.1. Элементы режима нестационарного резания

1.2. Систематизация факторов, определяющих нестационарность процесса резания

1.2.1. Входные технологические параметры нестационарной обработки

1.3. Анализ теоретических и экспериментальных исследований нестационарных процессов резания

1.3.1. Анализ исследований механики нестационарного резания

1.3.2. Анализ температурных исследований при нестационарном резании

1.3.3. Анализ исследований износостойкости режущего инструмента при нестационарных режимах обработки

1.4. Термодинамическме модели процесса лезвийной обработки

1.5. Выводы. Цели и задачи исследования

2. Структурно-энергетический анализ процесса резания на основе термодинамики неравновесных процессов
2.1. Общие представления об энергетическом анализе контактных процессов при механообработке
2.2. Диссипативная функция внешних сил (сил резания)
2.3. Диссипативная функция процесса пластической деформации
2.4. Диссипативная функция процесса формоизменения контактных поверхностей инструмента и образования новых свободных поверхностей при его изнашивании
2.5. Уравнение баланса диссипативных функций
Выводы по главе
Теоретические и экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния зоны стружкообразования при нестационарном резании
3.1. Особенности развития процессов деформации и разрушения при динамическом нагружении металлов
3.2. Деформированное состояние зоны контакта инструмента с деталью и его особенности при нестационарном резании
3.2.1. Влияние изменения скорости резания на деформационные процессы в зоне стружкообразования
3.2.2. Модель стружкообразования при нестационарном резании. Общие представления
3.2.3. Влияние изменения параметров сечения срезаемого слоя на деформационные процессы
в зоне стружкообразования
3.3. Напряженное состояние в зоне контакта инструмента с деталью и силы резания при нестационарных
режимах обработки
3.3.1. Модель напряженного состояния зоны стружкообразования при нестационарном резании
3.3.2. Напряженное состояние зоны контакта стружки с передней поверхностью инструмента
Выводы по главе
Результаты экспериментальных исследований обрабатываемости и фрикционного взаимодействия инструмента с деталью при нестационарных режимах резания
4.1. Обрабатываемые и инструментальные материалы, выбранные для экспериментальных исследований
4.2. Механические свойства исследуемых материалов
Исследования контактных явлений между обрабатываемым и инструментальным материалами на установках, моделирующих зону локального контакта заготовки и инструмента
4.3.1. Методическое обеспечение исследований трибомеханических характеристик контакта инструмента
с деталью при физическом моделировании
4.3.1.1. Методика исследования влияния температуры на прочностные параметры фрикционного контакта
4.3.1.2. Методика исследования кинетики развития приконтактных деформаций при трении
4.3.1.3. Методика исследования диссипативных характеристик
локального фрикционного контакта
4.3.2. Результаты экспериментальных исследований трибомеханических характеристик локального контакта инструментального и обрабатываемого материалов
4.3.2.1. Влияние температуры на прочностные параметры фрикционного контакта
4.3.2.2. Влияние температуры на деформационные характеристики фрикционного контакта
4.3.2.3. Влияние температуры на диссипативные
характеристикифрикционного контакта
Исследование характеристик механики процесса резания
4.4.1. Методика проведения исследований силовых параметров процесса резания
4.4.2. Влияние элементов стационарного режима резания на составляющие силы резания
4.4.3. Влияние скорости резания и износа инструмента на удельные нагрузки в зоне контакта инструмента с деталью
основную долю трудоемкости их изготовления (до 60-65%) составляют операции точения торцевых и цилиндрических поверхностей на станках с ЧПУ при непрерывном и однократном изменении элементов режима резания.
3. Эффективное использование мехатронного оборудования, оснащенного компьютерным управлением, предъявляет новые требования к виду и методам установления физико-математических зависимостей между непрерывно изменяющимися управляющими входными воздействиями и выходными параметрами нестационарного процесса резания, учитывающих динамику контактных процессов в условиях, далеких от термодинамического равновесия.
4. Механика и теплофизика лезвийной обработки, а также износостойкость режущего инструмента при нестационарном резании мало изучены, а имеющиеся данные весьма противоречивы, свидетельствуя в целом об отрицательном влиянии переменности режима резания на размерную статность инструмента, производительность и качество обработки. В то же время в ряде исследований показана возможность снижения относительных деформаций в зоне сдвига, силы и температуры резания, интенсивности износа инструмента при обработке с переменной скоростью резания и подачей инструмента. Недостаточная изученность физической сущности явлений, сопровождающих процесс нестационарного резания, сдерживает разработку методов оптимизации и алгоритмов управления выходными параметрами в мехатронных станочных системах.
5. Для получения аналитических зависимостей, описывающих процессы контактного взаимодействия и изнашивания режущего инструмента и используемых для управления процессом резания, целесообразно применение методов термодинамики неравновесных процессов и синергетики, как теории самоорганизации нелинейных систем, что позволяет учесть взаимосвязи и взаимообусловленность процессов механического воздействия с тепловыми явлениями в зоне резания (синхронизм термомеханических