Том 25, № 1 (2023)

Введение. В многочисленных экспериментальных исследованиях процессов обработки металлов резанием на металлорежущих станках отмечается существование некоторого оптимального режима обработки, который наиболее ярко сформулировал А.Д. Макаров в своем положении о существовании оптимальной температуры резания (скорости обработки).  Здесь авторами из России акцент делается на описании оптимальности процессов обработки, связанных со свойствами обрабатываемого материала и свойствами используемого при этом инструмента. Однако в западной научной литературе существует другое мнение, которое в целом опирается на регенеративную природу вибраций в динамике резания. Регенерация вибраций связывают с динамикой процесса резания, на которую существенно влияет запаздывающий аргумент, отражающий вариативность срезаемого слоя. Связь этих двух подходов видится через анализ области устойчивости динамической системы резания в пространстве параметров: скорости резания и величины износа инструмента. Предмет. Исходя из этого в статье рассматривается вопрос связи между оптимальным, по Макарову А.Д., режимом обработки и динамикой процесса резания, включающей в себя регенерацию вибраций инструмента при токарной обработке металлов. Для этого формулируются две исследовательские гипотезы и производится численное моделирование с целью определения их достоверности. Цель работы. Рассмотреть положение А.Д. Макарова о существовании оптимального режима резания с точки зрения  устойчивости динамики токарной обработки металлов, для чего в работе выдвигаются две гипотезы, подлежащие анализу. В работе исследована: Математическая модель, описывающая динамику вибрационных колебаний вершины режущего клина с учетом динамики формируемой в зоне контакта температуры и ее влияния на силы, препятствующие формообразующим движениям инструмента. Методы исследования. Проведена серия натурных экспериментов на металлообрабатывающем станке с использованием возможностей измерительного стенда STD.201-1, целью которых было определение влияния температурного расширения металлов на значение выталкивающей силы. На основе численного моделирования исходных нелинейных математических моделей, а также моделирования линеаризованных в окрестности точки равновесия моделей проведен анализ устойчивости системы резания при вариации скорости резания и величины износа инструмента по задней грани. Результаты работы. Приведены результаты натурных экспериментов, которые показали существенный линейный рост выталкивающей инструмент силы при увеличении температуры в контакте инструмента и обрабатываемой детали, результаты моделирования координат состояния и соответствующих им фазовых траекторий при врезании режущего клина в обрабатываемую деталь, а также силы, разложенные вдоль оси деформации инструмента. Представлены результаты моделирования годографа вектора Михайлова для линеаризованной модели динамики процесса резания. Выводы. Результаты исследований показали, что только вторая разработанная авторами гипотеза позволяет адекватно интерпретировать положение, приведенное А.Д. Макаровым. Основным дополнением к описанию положения А.Д. Макарова авторы считают необходимость учета изменений выталкивающей силы при росте температуры контакта инструмента и обрабатываемой детали.

Введение. В реальных производственных условиях технологические режимы, рекомендованные в научной литературе, не отражают заявленных качеств, вследствие того что не учитывают множество факторов, присущих процессу чистового шлифования, например, его стохастическую природу, изменение его динамических свойств, увеличение взаимных колебаний инструмента и заготовки, появляющихся из-за изменений состояния технологической системы, например увеличение вибраций станка вследствие  неравномерного износа инструмента и др. Все разработанные ранее модели имеют ограниченную область применения, они не учитывают того, что появление колебаний приводит к колебанию глубины шлифования при случайном контактировании зерен с обрабатываемым материалом, где одна группа зерен срезает материал, другая попадают в след царапин, оставленных предшествующими зернами, и т.д. Это приводит к изменениям величин съема материала, шероховатости поверхности и других параметров технологической системы, что непосредственно сказывается на показателях точности обработки и качестве обработанных поверхностей. Цель работы: разработка математических моделей, устанавливающих взаимосвязи между режимами обработки и текущими параметрами зоны контакта при чистовом шлифовании точных отверстий с учетом взаимных колебаний инструмента и заготовки. Методами исследования являются математическое моделирование с использованием основных положений теории абразивно-алмазной обработки. Результаты и обсуждение. Установлены взаимосвязи между режимами резания с текущими входными параметрами зоны контакта при шлифовании точных отверстий с учетом взаимных колебаний инструмента и заготовки, которые позволяют определить параметры системы на выходе для избегания стоимостных потерь, в том числе снижения числа бракованных изделий и временных издержек. Построены нестационарные математические зависимости, позволяющие определять режимы резания в процессе реализации цикла шлифования с учетом величины относительных вибраций и начальной фазы. Установлено, что вместо установившегося процесса наблюдаются гармонические колебания, вызванные отклонениями формы круга, интенсивностью износа инструмента и другими факторами. Все вышеперечисленное оказывает существенное влияние на качество обработанной поверхности. Полученные модели являются универсальными для различных характеристик инструмента, однако для более адекватного описания процесса необходимы математические зависимости, учитывающие износ инструмента на различных связках, что является задачей дальнейших исследований.

Введение. Тенденции развития и применения современных машиностроительных систем так или иначе создают проблему анализа и выбора в случае наличия альтернатив объектов или же при большом количестве критериев сравнения – показателей эффективности объектов или систем. Основные трудности оптимизации решения проектирования производственных систем зависят от сложных технологических задач – большого количества влияющих факторов и отсутствия закономерностей. Выбор эффективных объектов и систем – зачастую сложный и многокритериальный процесс, требующий больших затрат времени и, как следствие, снижающий эффективность организации подготовки производства. В связи с этим для подготовки и принятия различных по сложности технико-экономических решений в условиях производства необходим системный подход с использованием наиболее рациональных форм и методов организации производства. Цель работы – создание обобщенной методики критериального анализа мультивариантных систем. Методика исследований. Предложена методика, направленная на повышение эффективности организации подготовки производства за счет обоснованного выбора из большого числа вариантов. Выбор рационального варианта решения основывается на ранжировании показателей по приоритетности на момент принятия обоснованного решения конкретной ситуации и вида рассматриваемого объекта и системы. Показатели могут быть переменными с учетом специфики производства. Результаты и их обсуждение. В качестве примера практического применения предлагаемой методики проведем сравнительный анализ процесса лезвийной обработки полимерного композиционного материала стеклотекстолит СТЭФ-1 сборной фрезой, оснащенной различными инструментальными материалами. В качестве параметров сравнения взяты период технологической стойкости инструмента, производительность лезвийной обработки и приведенные затраты при реализации лезвийной обработки. По результатам сравнительного мультикритериального анализа, проведенного по представленной методике, следует вывод о приоритете в рассматриваемой системе с оговоренными параметрами реализации технологии является конструкция, оснащенная сплавов ВК3М, у которой наблюдается наибольшее значение весового критериального коэффициента. По результатам анализа, близкой по рациональности является инструмент, оснащенный сплавом марки ВК6ОМ, что позволяет рекомендовать ее в качестве аналога при выборе. Область предполагаемого применения методики видится при необходимости анализа сложных мультивариантных систем/объектов. В качестве объектов/систем могут выступать как варианты научных решений при различных условиях сопоставимости, так и конструкторские, технологические решения, конструкционные и инструментальные материалы на стадии выбора при конструкторской и технологической подготовке производства, варианты алгоритма реализации систем. Параметрами сравнения могут быть физико-механические, технологические, эксплуатационные свойства, технико-экономические и качественные показатели, специфические характеристики и параметры. Предложенная методика позволит сократить время на принятие новых решений при варьируемых условиях производства. Использование методики при известных и четко определенных параметрах, характеризующих мультивариантные системы, позволяет алгоритмизировать, а в последующем и автоматизировать процесс организационно-технологической подготовки производства.

Введение. Аддитивные технологии позволяют сократить затраты на материалы за счет сокращения припусков под окончательную размерную механическую обработку заготовок. Для таких дорогостоящих материалов, как медь и медные сплавы, данный способ является во многом привлекательным с точки зрения повышения ресурсоэффективности при производстве. Эксплуатационные свойства сплава БрКМц 3-1, изготовленного с применением аддитивных технологий, изучены не в полной мере и требуют проведения дополнительных исследований. Целью работы является исследование структурно-фазового состояния, механических и эксплуатационных свойств образцов бронзы БрКМц 3-1, напечатанных с применением технологии электронно-лучевого аддитивного производства. В работе исследованы образцы, изготовленные из проволоки БрКМц 3-1, с разной величиной тепловложения, часть из которых была подвергнута термической и механической обработке, а также образцы, изготовленные с применением мультипроволочной технологии. В работе используются такие методы исследований, как исследование коррозионной стойкости бронзовых образцов с помощью потенциостата, конфокальная лазерная сканирующая микроскопия, испытания на трение и рентгенофазовый анализ. Результаты и обсуждение. Обработка образцов посредством пластической деформации сжатием и последующего отжига привела к наиболее серьезным структурным изменениям. На основе рентгенофазового анализа установлено, что более высокое содержание кремния наблюдается в случае добавки к бронзе силуминов. Исследование механических свойств показало, что наиболее высокими прочностными свойствами обладают образцы, напечатанные с применением мультипроволочной технологии. При проведении трибоиспытаний выявлено колебание величины коэффициента трения, обусловленное схемой проведения эксперимента и комбинированным адгезионно-окислительным механизмом изнашивания образцов. Добавка к бронзе 10 вес.% алюминиевого филамента в процессе аддитивного производства является эффективным средством для повышения устойчивости материала к электрохимической коррозии и повышения его износостойкости.