Введение
1. Состояние вопроса. задачи исследования 14
1.1. Анализ видов разрушения и износа СМП из твердых сплавов в процессе резания 14
1.2. Патентные исследования конструкций СМП 16
1.3. Факторы, определяющие конструктивные параметры СМП 18
1.4. Результаты исследования напряженно-деформированного со
стояния и прочности режущих элементов инструментов 22
1.5. Работоспособность режущих элементов из твердых сплавов 37
1.6. Основные сведения об инструментальных твердых сплавах и их разрушении 51 1.7 Теоретические основы механики разрушения и прочности структурно-неоднородных материалов 55 1.8.Анализ проведенных работ. Цели и задачи исследования 57
2. Разработка моделей напряженно-деформированного состояния, разрушения, прочности и максимальной работоспособности смп из твердых сплавов 62
2.1. Исследование взаимосвязи изменений физико-механических характеристик инструментальных твёрдых сплавов (ИТС) в зависимости от температуры с износом и работоспособностью инструментов 63
2.2. Взаимосвязь трещиностойкости твёрдых сплавов с инструментальным коэффициентом Ки 70
2.3. Разработка моделей напряженного состояния СМП из твёрдых сплавов с учетом напряжений I и II рода: 72
2.3.1. Разработка математической и физической моделей температурных микронапряжений в ИТС (напряжений II рода) 72
2.3.2. Разработка моделей напряженного состояния СМП с учетом напряжений I и II рода 77
2.4. Разработка моделей разрушения и прочности СМП из твёрдых сплавов 83
2.4.1. Теоретические основы 83
2.4.2. Разработка математической и физической моделей разрушения СМП из ИТС 90
2.4.3. Разработка моделей прочности и механики разрушения режущего клина СМП с учетом состояния ИТС 94
2.4.4. Статистика разрушения СМП из твердых сплавов 96
2.4.5. Усталостная прочность СМП из твердых сплавов 98
2.5. Алгоритм расчета на прочность СМП из ИТС 99
2.6. Разработка методики численного исследования НДС СМП инструментов на основе метода конечных элементов 101
2.7. Выводы 109
3. Разработка экспериментально-теоретического метода исследования ндс в режущем инструменте на основе лазерной интерферометрии 112
3.1. Новый метод определения деформаций и напряжений по данным интерферометрических измерений 113
3.1.1. Суть интерферометрического метода 113
3.1.2. Разработка математических моделей для расчета составляющих напряжений ах, ау, хху численным методом по суммам главных напряжений
3.1.3. Экспериментальная установка и методика проведения опытов
3.1.4. Расчет составляющих напряжений в клине по эксперимен тальным данным и теоретически
3.2. Новый способ определения модуля упругости Е и коэффициента Пуассона \х методом лазерной интерферометрии 125
3.2.1. Математическая модель способа 125
3.2.2. Устройство для определения модуля упругости Е и коэффициента Пуассона ц 127
129
3.3. Экспериментальная установка для исследования НДС режущего клина инструмента интерферометрическим методом с применением киносъемки
3.4. Установка для исследования напряжений в плоскости СМП 134
3.5. Расчет температур в режущем клине 138
3.6. Выводы 139
4. Результаты экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния и прочности смп инструментов 141
4.1. Определение силы резания при точении сборными резцами с СМП 141
4.2. Влияние схемы базирования и крепления СМП на жесткость сборных инструментов 143
4.3. Исследование напряженно-деформированного состояния режущего клина инструмента в плоскости схода стружки 144
4.3.1. Исследование механики процесса резания с переменной толщиной среза 145
4.3.2. Контактные напряжения на режущих кромках инструментов при резании с переменными толщинами среза 148
4.3.3. Распределение главных напряжений в режущей части инструмента при резании с постоянной толщиной среза и врезанием 150
4.3.4. Эмпирические зависимости распределения контактных напряжений на передней и задней поверхностях режущего клина инструмента 153
4.3.5. Моделирование напряженного состояния инструмента 156
4.3.6. Аналитический расчет напряженного состояния режущей части инструмента и экспериментальная проверка 158
кости СМП 162
4.4.1.Определение конструктивных параметров, характеризую щих напряженно-деформированное состояние и прочность СМП 162
4.4.2. Определение величины силы крепления СМП в корпусе сборного инструмента 173
4.5. Результаты исследования объемного напряженного состояния СМП 174
4.6. Циклический характер нагружения режущей части инструмента
в процессе резания 177
4.6.1. Цикличность нагружения режущего инструмента по результатам динамометрии и теоретическому расчету 177
4.6.2. Распределение напряжений в режущей части в условиях циклического нагружения 178
4.6.3. Анализ напряженно-деформированного состояния и прочности СМП в условиях циклического нагружения 185
4.6.4. Температурные поля в режущей части инструмента 190
4.7. Выводы 191
5. Исследование напряженно-деформированного состояния и прочности смп численным методом с применением метода конечных элементов 194
5.1. Исследование НДС в плоскости СМП 194
5.1.1. Влияние схемы базирования и крепления СМП 195
5.1.2. Влияние условий нагружения СМП 197
5.1.3. Влияние формы, типа и линейных размеров СМП 199
5.2. Разработка СМП новых форм повышенной прочности 208
. 5.3. Исследование НДС режущего клина в плоскости схода стружки 212
5.3.1. Влияние условий нагружения и геометрии режущего клина 213
5.3.2. Влияние формы передней поверхности режущего клина 217
5.3.3. Влияние фаски износа по задней поверхности режущего клина 219
5.4. Определение температурных полей в плоскости пластины и
плоскости схода стружки 222
5.5. Влияние конструктивных параметров СМП и условий их нагружения на деформации пластин 224
5.6. Напряженно-деформированное состояние, прочность и разрушение СМП из ИТС с учетом напряжений I и II рода 230
5.7. Выводы 234
6. Повышение работоспособности смп из инструментальных твердых сплавов 238
6.1. Экспериментальные исследования изменений механических характеристик инструментальных твердых сплавов (ИТС) от темпера туры резания 239
6.1.1. Исследование ударной вязкости ИТС 239
6.1.2. Исследование твердости ИТС 244
6.1.3. Экспериментальное определение температур максимальной работоспособности ИТС с применением метода естественной термопары 245
6.2. Номограмма определения температур максимальной трещино-стойкости, работоспособности и инструментального коэффициента твердых сплавов 250
6.3. Взаимосвязь механических характеристик ИТС с особенностями износа, разрушения и работоспособности инструментов 253
6.4. Способы ускоренного определения условий максимальной работоспособности режущих пластин по изменению механических характеристик ИТС от температуры 254
6.4.1. Способ определения оптимальной скорости резания по логарифму твердости 254
6.4.2. Способ определения температуры максимальной работоспособности по ударной вязкости 256
6.4.3. Способ определения инструментального коэффициента Кипо температуре максимальной работоспособности ИТС 257
6.5. Эмпирические формулы расчета температур максимальной трещиностойкости 0млр. и максимальной работоспособности мр. режу щих пластин из сплавов ВК 258
6.6. Повышение работоспособности инструмента путем предварительного подогрева ИТС 259
6.7. Оптимизация режимов обработки деталей из труднообрабатываемых материалов на станках с ЧПУ 263
6.7.1. Стойкостные испытания 263
6.7.2. Номограмма оптимизации режимов резания на основе стойкостных испытаний 266
6.7.3. Экспресс-метод определения оптимальной скорости резания 270
6.8. Испытание и внедрение дискретного точения на станках с про
граммным управлением 271
6.9 Выводы 274
7. Методология расчета, проектирования и эксплуатации смп и сборных инструментов повышенной работоспособности 277
7.1. Блок-схема методологии расчета, проектирования и эксплуатации СМП сборных инструментов повышенной работоспособности 278
7.2. Основные положения проектирования СМП и сборных инструментов 282
7.3. Методика выбора схем базирования и крепления СМП, обеспечивающих повышение эксплуатационных характеристик инструментов 284
7.4. Разработанные конструкции пластин и сборных инструментов
повышенной работоспособности 286
7.4.1. Сменные неперетачиваемые пластины повышенной прочности с цилиндрическими и коническими боковыми поверхностями (криволинейными режущими кромками) 287
7.4.2. Сборные резцы и фрезы с пластинами повышенной прочности 292
7.5. Разработанные конструкции сборных инструментов с пластина
ми правильной многогранной формы 295
7.5.1. Резцы сборные 295
7.5.2. Фреза торцовая и зенкер 299
7.5.3. Фрезы сборные цилиндрические с винтовым зубом 301
7.5.4. Фреза торцовая со ступенчатым расположением СМП 305
7.5.5. Протяжка для обработки наружных поверхностей 305
7.5.6. Резцы сборные с креплением СМП с помощью накладного прижима по системе М (ISO) 306
7.6. Выводы 308
Заключение 310
Литература
