Раздел 2
Методическое обеспечение исследований
В данном разделе будут рассмотрены основные методики, на базе которых проведены
экспериментальные исследования тепловых явлений в обрабатываемых полимерных
материалах, дана качественная и количественная оценка микрогеометрии
обработанных поверхностей и количественная оценка внутреннего энергетического
состояния поверхностного слоя. Для более детального представления процесса
лезвийной механической обработки в подразделах приведены технические
характеристики используемого станочного, инструментального и измерительного
оборудования.
2.1. Структурная схема экспериментальных исследований
Выполнение научно-исследовательской работы осуществлено с учетом поставленных
задач в последовательности, представленной на структурно-логической схеме (рис.
2.1). В качестве объекта исследования выступает процесс однозубого торцевого
фрезерования термопластичных полимерных материалов. Исходными параметрами для
исследования процесса являются технологические параметры режима резания (v, S,
t), станочное оборудование, свойства режущего инструмента, свойства полимерных
материалов. После подробного изучения особенностей строения и деформационного
поведения исследуемых материалов ПС и ПММА (подразд. 1.2), рекомендаций по
выбору инструмента и параметров режима резания для этапа получистовой
обработки, рассмотрения процесса торцевого фрезерования с позиций кинематики и
механики в работе были определены исследуемые технологические параметры
процесса фрезерования, необходимое станочное (подразд. 2.2) и инструментальное
обеспечение (подразд. 2.3). В дальнейшем были разработаны методики исследования
тепловых явлений в полимерных материалах в процессе обработки, подобрано
необходимое техническое, программное обеспечение и измерительное оборудование
(подразд. 2.4). Для преодоления ограниченных возможностей экспериментальных
методик в теоретической части работы создана математическая модель для
корректировки экспериментальных данных и расчета температуры в тонких
приповерхностных слоях полимеров. Оценка результирующего состояния
поверхностного слоя проведена с учетом изменения его термодинамических
параметров, структуры и микрогеометрии обработанной поверхности (подразд. 2.5).
На основе комплексного расчетно-экспериментального похода установлено влияние
термомеханической предыстории поверхностного слоя на его качество и величину
деструкции. На основании полученных данных определены рациональные параметры
процесса получистовой фрезерной обработки термопластичных полимерных
материалов, при которых обеспечивается требуемое качество и формируется
минимальный припуск на последующие чистовые стадии обработки.
Выбор значений технологических параметров обработки осуществлен согласно
разработанным на кафедре интегрированных технологий машиностроения им. М.Ф.
Семко НТУ «ХПИ» нормативам режимов резания при фрезеровании полимерных
материалов на основе ПС и ПММА, внутренним требованиям научно-производственного
предприятия ИСМА НАН Украины и Харьковского государственного авиационного
производственного предприятия (ХГАПП), ГОСТу 10667-90 [27], ГОСТу 26277-84[28],
стандартам EN ISO 2818 [141] и VDI 2003 [195].
Таблица 2.1
Диапазон исследуемых технологических параметров режима резания полимерных
материалов ПС и ПММА
Скорость резания
v, м / мин
Подача на оборот
S, мм / об
Глубина резания
t, мм
30; 400; 800; 1150; 1500
0,01; 0,03; 0,05; 0,07
0,1; 0,3; 0,5
Принятый для исследования диапазон технологических параметров режима резания ПС
и ПММА представлен в табл. 2.1, где каждому значению скорости резания
соответствуют все приведенные значения глубины резания и подачи на оборот.
Метод однофакторного эксперимента выбран преднамеренно для определения всех
частных зависимостей, получения для них расчетных формул и выявления степени
влияния параметров режима резания на температуру и качество поверхностного слоя
полимерных материалов.
2.2. Станочное оборудование
Экспериментальные исследования процесса получистовой обработки полимерных
материалов фрезерованием проведены на универсальных высокоточных обрабатывающих
центрах с ЧПУ в практической лаборатории Института производственной техники
Технического Университета г. Грац (Австрия). На обрабатывающем центре EMCO F3
tronic M1 (рис. 2.2 – 1) процесс обработки исследовался в диапазоне скоростей
v = 30 ч 800 м/мин, а на обрабатывающем центре EMCO VMC 600 Heidenhain (рис.
2.2 – 2) – до v = 800 ч 1500 м/мин. Основные технические характеристики
обрабатывающих центров приведены в табл. 2.2.
Обрабатываемая полимерная заготовка закреплялась в одинаковом для двух станков
универсальном механическом зажимном приспособлении фирмы ARNO (Германия) и
фиксировалась по прижимной детали, конструкция и назначение которой рассмотрены
в подразделе 2.4. Горизонтальный уровень установки заготовки на станке
контролировался посредством калибрующих металлических пластин. В связи с тем,
что применение смазочно-охлаждающих средств может оказывать значительное
влияние на свойства формируемого в процессе обработки поверхностного слоя
полимеров [96], в работе процесс фрезерования исследовался обработки без
применения каких-либо смазочно-охлаждающих технологических сред.
2.3. Режущий инструмент
Особенности свойств, структуры полимерных материалов, процессов их деформации и
разрушения во многом определяют геометрию и свойства режущего инструмента, от
правильного выбора которого зависит качество готового изделия. В силу
комплексного характера процесса износа инструмента при обработке полимерных
материалов [34, 60, 187] первостепенное значени
- Київ+380960830922