Розроблено високоінформативні засоби і системи контролю, діагностування стану різальних інструментів для прецизійної обробки. Встановлено, що формування структурно-параметричних моделей різальної частини забезпечує підвищену глибину діагностування відмов і створює можливість для прогнозування остаточного ресурсу інструменту.

Запропоновано спосіб підвищення оброблюваності матеріалів шляхом підводу в зону обробки водню від спеціальних воденьмістких покрить інструментів чи акумуляторів водню. Експериментальними дослідженнями і теоретичними розрахунками підтверджено гіпотезу про зменшення величини контактних напружень і температур на поверхнях інструмента, що є причиною підвищення їх стійкості.

Проанализированы этапы развития теории надежности и оптимизации технологических систем, а также вопросы проектирования и расчета элементов технологических систем. Значительное внимание уделено математическому моделированию электроконтактного сверления с импульсной подачей тока, совершенствованию качества принимаемых групповых решений в механосборочном производстве с использованием технологии компьютерного инновационного моделирования, многокритериальной оптимизации состава безвольфрамовой стали для наплавки режущего инструмента. Отдельные главы посвящены диагностике и управлению технологическими системами, исследованию технологических процессов и др.

Исследовано влияние комбинированного высокоэнергетического воздействия электроискрового легирования и лазерной обработки на износостойкость режущего инструмента из быстрорежущей стали. Выяснено, что в результате указанного воздействия посредством электрода на основе тугоплавких соединений на поверхности инструмента формируется композиционный упрочненный слой. Этот слой обеспечивает твердость и износостойкость изделия и служит защитным барьером, снижающим адгезионное взаимодействие поверхности инструмента со стружкой. Легируя поверхностный слой элементами и соединениями, образующими стабильные и прочно сцепленные с основой оксиды, можно значительно улучшить триботехнические характеристики и стойкость при резании инструментального материала. Добавки более легкоплавкой меди в электродном материале способствуют уменьшению термической диссоциации монокарбида вольфрама за счет преимущественного образования при эрозии более стабильных оксидов меди по сравнению с оксидами вольфрама. Согласно триботехническим испытаниям, это позволяет заметно повысить износостойкость легированных поверхностей.

Показано можливість нанесення на поверхню твердих сплавів карбідних, боридних, інтерметалідних покриттів, до складу яких входять титан, ванадій, хром та бор. Установлено залежність фазового складу, структури, мікротвердості, межі міцності у разі поперечного згину, коефіцієнта варіації межі міцності, зносостійкості багатогранних твердосплавних пластин (БТП) від умов насичення та складу вихідного сплаву. Доведено, що стійкість БТП з захисними покриттями є вищою в процесі різання сталей 20, У8Ф, ШХ15, 40Х в 1,2 - 12,7 рази у порівнянні з вихідними. Максимальну стійкість мають тверді сплави з покриттями на основі карбідів титану та титанонікелевих інтерметалідів.

Показана возможность нанесения на поверхность твердых сплавов карбидных, боридных, интерметаллидных покрытий, в состав которых входят титан, ванадий, хром и бор. Установлена зависимость фазового состава, структуры, микротвердости, предела прочности при поперечном изгибе, коэффициента вариации границы прочности, износостойкости многогранных твердосплавных пластин (МТП) от условий насыщения и содержания исходного сплава. Показано, что стойкость МТП с защитными покрытиями выше при резании сталей 20, У8А, ШХ15, 20Х в 1,2 - 12,7 раз в сравнении с исходными. Определено, что максимальную стойкость имеют твердые сплавы с покрытиями на основе карбидов титана и титано-никелевых интерметаллидов.

Рассмотрена динамика процесса резания с учетом контактной температуры в зоне обработки. Установлено, что стабилизация процесса наилучшим образом осуществляется в зоне контактных температур, составляющих 0,4 - 0,6 температуры плавления обрабатываемого материала. Минимальный износ инструмента происходит в зоне его контакта с обрабатываемым материалом.

Для качественного и количественного анализа исследуемого процесса предложено использовать один из комплексных показателей качества - надежность режущего инструмента. Предложен метод определения условий и факторов, которые могут отрицательно влиять на надежность режущего инструмента, определены требования, необходимые для обеспечения качества процесса эксплуатации режущего инструмента.

Приведены методики расчета касательного напряжения в условной плоскости сдвига и сил на задней поверхности инструмента по усадке стружки и составляющим силы резания, а также по силе на передней поверхности инструмента. Дан пример расчета для случая резания стали 40 в широком диапазоне подач и скоростей при глубине резания, равной 4 мм.

Для підвищення ресурсу різального інструменту запропоновано формувати на його поверхні зносостійкі покриття дискретної структури. Із метою забезпечення когезійної міцності покриття за розмір дискретної ділянки беруть крок тріщини покриття. Показано, що за умов контактного навантаження такі покриття дозволяють запобігти контактному руйнуванню завдяки зменшенню залишкових напружень.

Разработана методика применения иерархического подхода к выделению и анализу контуров в пространстве гиперболического вейвлет-преобразования при обработке изображений режущих инструментов. Предложенная методика позволяет проводить анализ признаков износа режущих инструментов с разным уровнем детализации и создавать иерархические методы обработки и распознавания изображений.

Проведен анализ известных в теории резания моделей и формул расчета размеров контактных площадок на передних поверхностях инструмента. На основании реологических свойств материалов и некоторых законов теории резания разработана базовая математическая модель определения размеров нароста. Приведены два варианта расчета высоты нароста и радиуса кромки в зависимости от размеров площадок при переменном режиме резания, геометрии инструмента, механических свойств материала. Приведен пример расчета размеров нароста по новым формулам, которые дают погрешность, в сравнении с экспериментальными данными, не более 23 %, что подтверждает адекватность предложенной модели.

Представлены результаты фрактальных исследований структуры и свойств напыленных аморфно-кристаллических покрытий. Показана тесная корреляционная связь фрактальных параметров структуры и совокупности механических свойств материалов покрытий. Установлено, что стойкость режущих инструментов при обработке покрытий резанием в значительной степени определяется однородностью структуры и стабильностью механических свойств обрабатываемых материалов.

Выполнен анализ влияния материалов, из которых изготовлены электроды для электроискрового легирования на износостойкость режущего инструмента. Показано, что электроискровое легирование повышает износостойкость режущего инструмента и является простым и доступным методом поверхностного упрочнения.

За допомогою сучасних методів дослідження проаналізовано властивості наводнених під час тертя інструментальних матеріалів. Розроблено технологічні прийоми підвищення зносостійкості інструменту, продуктивності механічної обробки та покращання оброблюваності конструкційних матеріалів шляхом зміни фізико-хімічної та механіко-фізичної ситуації у зоні тертя-різання. Оцінено працездатність інструментальних матеріалів. Запропоновано фізико-математичну модель водневодифузійної механічної обробки.

Розроблено та науково обгрунтовано новий метод лабораторних випробувань на знос пар тертя за схемою клин - площина з визначенням параметрів моделей сталого зношування. На базі загального підходу розроблено метод модельних випробувань на знос різального інструмента без використання процесу різання. Теоретичною основою методу для розрахункової схеми клин - контртіло є комплекс контактних прямих і обернених задач за наявності зносу з обліком режиму зношування, початкових умов, переносу клина та характеру руху, співвідношення зносу елементів. Отримано розрахункові формули для визначення параметрів моделей зношування за результатами випробувань. Процедуру й ефективність запропонованих методів доведено конкретними прикладами, зокрема, оцінкою зносостійкості різального інструмента та підшипників ковзання.

Встановлено оптимальні геометричні параметри електроіскрових і вакуум-плазмових дискретних покриттів з урахуванням напружено-деформованого стану (НДС) композиції основа - покриття, а також технологічних й експлуатаційних факторів. Розроблено методику розрахунку НДС композиції основа-покриття, яка, на відміну від існуючих, враховує температурну складову. Створено розрахункові моделі щодо визначення геометричних параметрів покриття (товщини, форми, щільності, кутів нахилу кромок дискрету), встановлено пропорції геометричних розмірів висоти до ширини. Основні результати наукового дослідження перевірено шляхом експериментальних випробувань біметалевих стрічкових пилок зі зміцненими різальними кромками, працездатність яких зросла майже в п'ять разів. Показано, що оптимальна щільність зносостійкого дискретного покриття була меншою на 60 %. Розроблено автоматизований комплекс для нанесення зносостійких покриттів дискретної структури на масові вироби методом електроіскрового легування.

Представлені результати досліджень по розробці нових технологій підвищення тріщиностійкості, зносостійкості різального інструменту та оброблюваності конструкційних матеріалів шляхом зміни фізико-хімічної ситуації в зоні різання. Розроблені фізико-математичні моделі зношування високоміцних інструментальних матеріалів, основаних на уявленнях про зношування, як про процес зародження і розповсюдження втомних тріщин. Досліджена циклічна тріщиностійкість інструментальних матеріалів з врахуванням впливу різних факторів. Проведена оцінка працездатності матеріалів. Розроблені технології нанесення низькотемпературних покрить і подачі водню в зону різання. Показана доцільність використання розроблених технологій для підвищення продуктивності механічної обробки матеріалів.

Вперше розроблено та науково обгрунтовано концепцію підвищення працездатності різального інструменту, яка полягає в розробці методології проектування зносоcтійких покритів дискретного типу шляхом мінімізації напружено-деформованого стану робочих поверхонь інструменту в залежності від фізико-механічних характеристик, геометричних параметрів покриттів та умов зовнішнього навантаження. Встановлено закономірності забезпечення когезійної міцності покриттів, адгезійної міцності в системі "покриття - інструмент" та контактної міцності поверхні різального інструменту з покриттями дискретного типу на підставі вибору їх параметрів та топографії шляхом розрахунку критичного кроку тріщини у разі когезійного розтріскування, визначення напружень на поверхні адгезійного контакту. Розвинуто уявлення стосовно впливу виду покриттів на стійкість різального інструменту, у відповідності з якими зміна конструкції покриття на його робочих поверхнях та режимів їх нанесення забезпечують необхідні фізико-механічні характеристики поверхневого шару та експлуатаційні показники інструменту. На базі одержаних математичних моделей виконано оптимізацію параметрів процесу формування зносостійкості покриттів за критерієм мінімальних загальних витрат та багатокритеріальну оптимізацію режимів експлуатації інструменту з покриттями дискретного типу за критеріями максимальної продуктивності процесу різання та його мінімальної собівартості.

  Скачати повний текст

Теоретично й експериментально досліджено кінетику зношування та механізм відмови твердосплавних різців. Встановлено, що технологічні та експлуатаційні параметри процесу зношування інструмента можуть бути ураховані просторово-часовою моделлю. Кінетика затуплення важконавантажених твердосплавних різців має подвійний характер, описаний кусково-експоненціальною залежністю. Коефіцієнти розробленої моделі затуплення твердосплавних різців оцінюють опір інструмента за різним механізмом затуплення. Термодифузійне карбонітридне покриття збільшує період стійкості різців ВК8 під час точіння деталей з чавуну в 1,2 - 4,0 рази та величини приробочного зносу - в 1,2 - 6,0 разів.