ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ ПРИ ТОЧЕНИИ С НАЛОЖЕНИЕМ ВИБРАЦИЙ

  • Александр Николаевич Унянин Ульяновский государственный технический университет http://orcid.org/0000-0002-5557-4197
  • Павел Рамдисович Финагеев Ульяновский государственный технический университет
Ключевые слова: точение, точение с наложением вибраций, точение с наложением ультразвуковых колебаний, тепловые потоки, температурное поле

Аннотация

Температура процесса резания оказывает существенное влияние на качество обработанной поверхности и работоспособность инструмента. Одним из средств повышения эффективности процесса резания является рациональное использование вибраций (колебаний), в том числе ультразвуковой частоты. Однако аналитические исследования температуры точения с наложением вибраций отсутствуют. Приняли, что суммарная мощность тепловыделения при точении равна сумме мощностей тепловыделения источников, возникающих как результат перехода в теплоту работы деформирования и работы сил трения на передней и задней поверхностях инструмента. Приведены математические зависимости для расчета составляющих суммарной мощности тепловыделения. Приняли во внимание, что напряжение текучести, определяющее силы резания и трения на контактных поверхностях резца, заготовки и стружки, зависит от температуры в области пластической деформации. Закон распределения плотности тепловыделения на плоскости сдвига приняли равномерным; на поверхности контакта стружки с передней поверхностью резца приняли комбинированный закон; на поверхности контакта резца с заготовкой – несимметричный нормальный. Дана зависимость для расчета глубины резания при наложении колебаний в направлении, перпендикулярном обрабатываемой поверхности. Теплообмен на границах объектов, контактирующих с технологической жидкостью или воздухом, задан в форме закона Ньютона – Рихмана. Уравнения теплопроводности контактирующих объектов решали совместно с общими граничными условиями в зоне контакта, используя метод конечных элементов. Методика расчета на основе дискретных аналогов уравнений теплопроводности реализована в оригинальных программах. Результаты расчета температур при точении без наложения колебаний сравнивали с результатами, полученными экспериментальным путем, при этом расхождение расчетных и экспериментальных значений не превышает 10 %. Моделирование процесса точения с наложением ультразвуковых колебаний показало, что главная составляющая силы резания Pz снижается в среднем на 11 %, максимальная температура в зоне контакта задней поверхности резца с заготовкой – на 20 %, максимальная температура в зоне контакта передней поверхности резца со стружкой – на 26 %.

Биографии авторов

Александр Николаевич Унянин, Ульяновский государственный технический университет

доктор технических наук, доцент

Павел Рамдисович Финагеев, Ульяновский государственный технический университет

аспирант

Литература

Петраков Ю.В., Драчев О.И. Моделирование процессов резания. Старый Оскол: ТНТ, 2011. 240 с.

Железнов Г.С., Схиртладзе А.Г. Процессы механической и физико-химической обработки материалов. Старый Оскол: ТНТ, 2011. 456 с.

Резников А.Н. Теплофизика процессов механической обработки материалов. М.: Машиностроение, 1981. 287 с.

Abhang L.B., Hameedullah M. Chip-Tool Interface Temperature Prediction Model for Turning Process // International Journal of Engineering Science and Technology. 2010. Vol. 2. P. 382–393.

Воронцов А.Л. Исходные положения и критические замечания о современных методах теоретического исследования теплофизических процессов // Справочник. Инженерный журнал с приложением. 2016. № S3. С. 2–8.

Марочник сталей и сплавов / под общ. ред. А.С. Зубченко. 2-е изд., доп. и испр. М.: Машиностроение, 2003. 784 с.

Воронцов А.Л. Определение температурных полей и контактных температур при резании. Часть 1 // Справочник. Инженерный журнал с приложением. 2016. № S8. С. 9–15.

Киселев Е.С., Ковальногов В.Н. Механическая обработка заготовок в условиях критического тепломассопереноса. М.: РАН, 2008. 250 с.

Unyanin A.N., Khusainov A.S. The ultrasonic grinding process temperature field study // MATEC Web of Conferences. 2017. Vol. 129. P. 10–11.

Nath C., Rahman M. Effect of machining parameters in ultrasonic vibration cutting // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2008. Vol. 48. № 9. P. 965–974.

Унянин А.Н. Аналитическое исследование температурного поля при фрезеровании с наложением ультразвуковых колебаний // Вестник Рыбинской государственной авиационной технологической академии им. П.А. Соловьева. 2017. № 2. С. 229–235.

Резников А.Н., Резников Л.А. Тепловые процессы в технологических системах. М.: Машиностроение, 1990. 288 с.

Воронцов А.Л. Основные физико-математические положения новой теории. Часть 1 // Справочник. Инженерный журнал с приложением. 2016. № S7. С. 14–23.

Талантов Н.В. Физические основы процесса резания, изнашивания и разрушения инструмента. М.: Машиностроение, 1992. 240 с.

Воронцов А.Л., Султан-Заде Н.М., Албагачиев А.Ю. Разработка новой теории резания. 9. Практические расчеты параметров резания при точении // Вестник машиностроения. 2008. № 9. С. 67–76.

Воронцов А.Л., Султан-Заде Н.М., Албагачиев А.Ю. Разработка новой теории резания. 7. Математическое описание образования стружки разных видов, пульсации сил резания и параметров контакта обработанной поверхности заготовки с задней поверхностью резца // Вестник машиностроения. 2008. № 7. С. 56–61.

Ящерицын П.И., Фельдштейн Е.Э., Корниевич М.А. Теория резания. Минск: Новое знание, 2006. 512 с.

Вологин М.Ф., Калашников В.В., Нерубай М.С., Штриков Б.Л. Применение ультразвука и взрыва при обработке и сборке. М.: Машиностроение, 2002. 264 с.

Колдаев В.Д. Численные методы и программирование. М.: ИНФРА-М, 2009. 544 с.

Васин С.А., Верещака А.С., Кушнер В.С. Резание материалов: Термомеханический подход к системе взаимосвязей при резании. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. 448 с.

Воронцов А.Л. Практические расчеты температуры резания. Часть 1 // Справочник. Инженерный журнал с приложением. 2017. № S2. С. 14–23.

Опубликован
2018-09-28
Выпуск
Раздел
Технические науки