ОПРЕДЕЛЕНИЕ  НАПРАВЛЕНИЙ  ИССЛЕДОВАНИЯ  ВИБРАЦИОННОГО  РЕЗАНИЯ

Сергиев  Аркадий  Петрович

профессор,  д-р  техн.  наук,  Старооскольский  технологический  институт  им.  А.А.  Угарова  (филиал)  Национального  исследовательского  технологического  университета  «МИСиС»,  РФ,  г.  Старый  Оскол

Владимиров  Александр  Андреевич

аспирант,  Старооскольский  технологический  институт  им.  А.А.  Угарова  (филиал)  Национального  исследовательского  технологического  университета  «МИСиС»,  РФ,  г.  Старый  Оскол

E -mail:  aleksandrvodila@yandex.ru

Швачкин  Евгений  Геннадиевич

доцент,  канд.  техн.  наук,  Старооскольский  технологический  институт  им.  А.А.  Угарова  (филиал)  Национального  исследовательского  технологического  университета  «МИСиС»,  РФ,  г.  Старый  Оскол

E-mail:  

DETERMINATION  OF  DIRECTIONS  OF  RESEARCH

VIBRATION  CUTTING

Arkady  Sergiev

professor,  Doctor  of  Technical  Sciences,  Stary  Oskol  Technological  Institute  behalf

of  A.A.  Ugarov  (branch)  of  the  National  Research  Technological  University  "MISA",

Russia,  Stary  Oskol

Alexander  Vladimirov

postgraduate,  Stary  Oskol  Technological  Institute  behalf  of  A.A.  Ugarov  (branch)  of  the  National  Research  Technological  University  "MISA",  Russia,  Stary  Oskol

Eugene  Shvachkin

Assistant  professor,  Candidate  of  Technical  Sciences,  Stary  Oskol  Technological  Institute  behalf  of  A.A.  Ugarov  (branch)  of  the  National  Research  Technological  University  "MISA",  Russia,  Stary  Oskol

АННОТАЦИЯ

Установлено,  что  доминирующими  параметрами,  влияющими  на  стойкость  инструмента  при  точении,  является  скорость  резания  и  вибрационное  ускорение.  На  основе  анализа  математической  модели  определены  основные  направления  дальнейших  исследований  с  целью  повышения  стойкости  резцов  при  вибрационном  точении  заготовок  из  высокомарганцовистой  стали.

ABSTRACT

It  is  established  that  the  dominant  parameters  affecting  the  tool  life  when  machining  is  the  cutting  speed  and  vibration  acceleration.  Based  on  the  analysis  of  the  mathematical  model  defines  the  main  directions  for  further  research  in  order  to  increase  tool  life  when  turning  vibration  of  high-manganese  steel  billets.

Ключевые  слова:   вибрационное  резание;  регрессионная  модель;  период  стойкости;  скорость  резания;  вибрационное  ускорение.

Keywords :  vibration  cutting;  regression  model;  period  of  resistance;  cutting  speed;  vibration  acceleration.

Успешное  использование  вибрационного  резания  с  целью  повышения  периода  стойкости  инструмента  при  точении  труднообрабатываемых  материалов  во  многом  зависит  от  оптимального  соотношения  технологических  параметров  и  режимов  резания.  Произвольное  сочетание  параметров  колебаний  и  режимов  резания,  сообщаемых  режущему  инструменту,  приведет  к  снижению  периода  стойкости  инструмента,  ухудшению  качества  обработанной  поверхности,  интенсивному  износу  технологического  оборудования.

В  работах  Е.Г.  Швачкина  и  А.П.  Сергиева  [2;  1]  экспериментально  установлена  зависимость  периода  стойкости  резцов  от  амплитуды  и  частоты  колебаний  при  различных  режимах  вибрационного  точения  заготовок  из  высокомарганцовистой  стали  110Г13Л.  На  основании  экспериментов  по  точкам  экстремумов  построены  зависимости  периода  стойкости  резцов  от  амплитуды  и  частоты  колебаний  для  чернового  и  чистового  вибрационного  точения  (рисунок  1).

Рисунок  1.  Зависимость  периода  стойкости  резцов  (Т,  мин)  от  частоты  (f,  Гц)  и  амплитуды  (А,  мкм)  колебаний  при  черновом  (v   =  50  и  70  м/мин)  и  чистовом  (v  =  80  и  100  м/мин)  вибрационном  точении

Анализ  графиков  на  рисунок  1  показывает,  что  при  увеличении  частоты  колебаний  резца  увеличивается  его  период  стойкости.

На  рисунке  2  построена  зависимость  периода  стойкости  резцов,  оснащенных  пластиной  из  твердого  сплава  Т5К10  от  вибрационного  ускорения  для  чистового  точения  заготовок  из  стали  110Г13Л  со  скоростями  резания  80  и  100  м/мин.

Рисунок  2.  Зависимость  периода  стойкости  резцов  (Т,  мин)  от  вибрационного  ускорения  (Аω²,  м/с²):  ♦  —  скорость  резания  80  м/мин;  ■  —  скорость  резания  100  м/мин

Из  графиков,  изображенных  на  рисунке  2,  очевидно,  что  с  ростом  вибрационного  ускорения  (Аω²)  наблюдается  повышение  периода  стойкости  инструмента  (Т).  На  основании  вышеизложенного  установлены  доминирующие  факторы  и  интервалы  варьирования,  оказывающие  влияние  на  период  стойкости  инструмента  Т  (функция  отклика  Y),  которые  представлены  в  таблице  1.

Таблица  1.

Факторы  и  интервалы  варьирования

Матрица  полного  факторного  эксперимента  для  кодированных  факторов  Х₁  и  Х₂  представлена  в  таблице  2.

Таблица  2.

Матрица  полного  факторного  эксперимента

На  основании  матрицы  полного  факторного  эксперимента  получено  уравнение  регрессии:

Y,                                                        (1)

Для  оптимизации  модели  целесообразно  выполнить  «мысленные»  опыты.  При  проведении  «мысленных»  опытов  ограничимся  линейной  частью  уравнения  регрессии,  поскольку  коэффициент,  характеризующий  взаимодействие  факторов  достаточно  мал  и  не  оказывает  заметного  влияния  на  функцию  отклика.  Таким  образом,  уравнение  модели  приняло  следующий  вид:

.  (2)

Оптимизация  модели  движением  по  градиенту  по  методу  Бокса-Уилсона,  предполагает  установление  величины  шагов,  которые  зависят  от  величины  коэффициента  и  интервала  варьирования  для  каждого  фактора.

На  первом  этапе  пошаговое  изменение  величины  кодированного  фактора  X_ij,  проводилось  экстраполяцией  за  область  адекватности  уравнения,  и  рассчитывалось  для  вибрационного  ускорения  (X₁)  по  формуле:

Исследовалось  изменение  величины  вибрационного  ускорения    от  28  до  38  м/с²  с  исходным  интервалом    и  переменным  значением  кодированного  фактора  X_1i  от  1,0  до  2,0.

На  втором  этапе  движение  по  градиенту  осуществлялось  уменьшением  скорости  резания  (фактор  X₂).  Исследовалось  изменение  величины  скорости  резания    от  80  до  70  м/мин  с  исходным  интервалом    и  переменным  значением  кодированного  фактора  X_2i  от  1,0  до  2,0.

Суммарное  воздействие  пошагового  изменения  факторов  X₁  и  X₂  на  период  стойкости  инструмента  при  проведении  «мысленных»  опытов  представлено  в  сводной  таблице  3  и  на  рисунке  3.  Поскольку  дальнейшее  уменьшение  скорости  резания  ниже  70  м/мин  нецелесообразно  для  чистового  резания,  была  проведена  оптимизация  при  большей  скорости  резания  за  счет  изменения  фактора  X₁  (вибрационного  ускорения).

Таблица  3.

Значения  величины  функции  отклика  при  движении  по  градиенту  изменением  факторов  X ₁  и  X₂

Рисунок  3.  Зависимость  периода  стойкости  инструмента  при  движении  по  градиенту  изменением  факторов  X ₁  и  X₂

Вывод:  Проведенные  «мысленные»  опыты  подтвердили  необходимость  дальнейшего  проведения  экспериментов  в  области  колебаний  с  частотой  свыше  100  Гц  с  целью  определения  оптимальных  параметров  вибрационного  резания,  при  которых  возможно  дальнейшее  повышение  периода  стойкости  инструмента.

Список  литературы:

1. Сергиев  А.П.  Исследование  оптимального  соотношения  параметров  колебаний  при  вибрационном  резании  [Текст]  /  А.П.  Сергиев,  Е.Г.  Швачкин  //  Вестник  машиностроения.  —  2004.  —  №  5.  —  С.  49—53.
2. Швачкин  Е.Г.  Повышение  периода  стойкости  инструмента  при  вибрационном  точении  высокомарганцовистых  сталей  [Текст]:  дис.  …  канд.  техн.  наук:  05.03.01:  защищена  21.11.03  /  Швачкин  Евгений  Геннадиевич.  —  Старый  Оскол,  2003.  —  192  с.