Анотація до роботи:

Татьянченко О.Г. Теоретичні основи прогнозування термопружних деформацій осьового інструмента і деталі і їх вплив на точність обробки отворів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.03.01 – Процеси механічної обробки, верстати та інструменти. – ДВНЗ «Донецький національний технічний університет », Донецьк, 2006.

Дисертацію присвячено підвищенню точності обробки отворів осьовим лезовим інструментом за рахунок усунення похибок поздовжнього профілю отворів на підставі нових методів обробки із урахуванням особливостей контактних і термопружних процесів в зоні контакту інструмента і деталі.

Розроблено комплексну математичну модель утворення похибки поздовжнього перетину отвору, що вперше ураховує нелінійность термопружних деформацій деталі по глибині отвору, а також пружно-пластичні деформації деталі, на підставі якої встановлено, що основною причиною виникнення бочкоподібної форми на початку отвору є температурні деформації інструмента, а в середині та кінці отвору – температурні деформації деталі в зоні різання.

Уперше запропоновано способи прогнозування форми і розмірів поздовжнього профілю отворів і ефективні способи усунення похибки поздовжнього перетину отворів при чистовій обробці осьовим лезовим інструментом за рахунок використання прогресивних конструкцій інструмента і керування робочими процесами в зоні різання.

Основний результат роботи - розробка теоретичних основ прогнозування і усунення похибки поздовжнього профілю отвору при чистовій обробці осьовим інструментом, що дозволило розв'язати важливу науково-технічну проблему підвищення точності отворів.

1. На основі розробленої моделі контактної взаємодії при обробці отворів, методів прогнозування контактних деформацій і чисельного моделювання встановлено, що основну частину (понад 80%) контактних деформацій по задній поверхні інструменту складають пластичні деформації поверхні деталі, які не роблять впливу на точність обробки. Пружні деформації інструменту і деталі, загальна частка яких не перевищує 20%, сприяють усадці отвору і повинні враховуватися при оцінці точності його обробки. Сумарна величина пружних деформацій при чистовій обробці отворів досягає 0,5-2 мкм при розвертуванні і 2-4 мкм при зенкеруванні.

2. Запропонований спосіб визначення кута зсуву при обробці отворів, який враховує вплив кривини оброблюваних поверхонь і температури в зоні різання. Встановлено, що вплив кривини оброблюваної поверхні досягає 30% (для отворів малого діаметру при = 0) і істотно зменшується при збільшенні переднього кута, а вплив температури на кут зсуву при чистовій обробці отвору досягає 5%.

3. Розроблена математична модель формування теплового балансу при обробці отворів з урахуванням вторинного теплообміну. Встановлено, що основну частку (понад 60%) тепла, складає теплота, що виділилася за рахунок тертя по стрічках, що калібрують, які виконують визначальну роль у формуванні теплового балансу при несталому теплообміні за рахунок відведення тепла від більш нагрітого інструменту до деталі. При цьому домінуючим чинником, що визначає температуру в зоні різання при обробці отворів є масова теплоємність деталі.

4. На основі аналітичних моделей поперечних зміщень осі інструменту від дії неврівноваженої радіальної сили різання встановлено, що в інтервалі робочих температур, характерних для умов чистової обробки отворів, збільшення зміщення осі одновимірного інструменту за рахунок зміни модуля пружності матеріалу інструменту при нагріві не перевищує 0,5-1% при розвертуванні і 2-3,5% при зенкеруванні.

5. Розроблені математичні моделі розповсюдження тепла і утворення термопружних деформацій в деталі типу циліндрової втулки. Вперше встановлений і підтверджений результатами чисельного моделювання нелінійний характер зміни температури і нелінійний характер розвитку температурних деформацій деталі в зоні різання по глибині отвору при чистовій обробці осьовим інструментом. Встановлено, що область інтенсивного нагріву деталі в зоні різання обмежена і складає 3-10 мм по глибині отвору і 3-7 мм по товщині деталі. Встановлено, що температурні деформації деталі у середині отвору сприяють його розбиттю, а на початку і кінці отвору залежно від режимів різання можуть сприяти як розбиттю, так і усадці.

6. Розроблена комплексна математична модель утворення похибки поздовжнього профілю отвору, на підставі якої встановлено, що його бочкоподібна форма є слідством температурних деформацій інструменту і деталі в зоні різання. Основною причиною бочкоподібності на початку отвору є температурні деформації інструменту, в кінці отвору - температурні деформації деталі. Основними причинами розбиття отвору є температурні деформації інструменту і деталі і зміщення осі інструменту.

7. Проведені експериментальні дослідження впливу виду осьового інструменту, способу обробки і режимів різання на форму і розміри поздовжнього профілю отвору, які підтвердили адекватність розробленої комплексної математичної моделі утворення похибки поздовжнього профілю. Розбіжність експериментальних і розрахункових значень розбиття отвору при розвертуванні не перевищувала 7%, а значень бочкоподібності - 15%. Найбільш суттєвий вплив на розбиття отвору надає швидкість різання.

8. Розроблені способи прогнозування форми і розмірів поздовжнього профілю отвору і способи зменшення його похибок за рахунок різних технічних і технологічних рішень. Використовування запропонованих конструкцій осьового інструменту, впроваджених на ВАТ «Вінницький інструментальний завод» (м. Вінниця), і способів обробки отворів при обробці деталей гідро- і пневмоапаратури на ВАТ «Гормаш» (м. Донецьк), ВАТ «КМЗ» (м. Красноармійськ) і ВО «Укруглемаш» дозволило понизити розбиття отворів до 3,6 разів, бочкоподібність до 3,9 разів і дало економічний ефект в 135 тис грн. за рахунок збільшення стійкості інструменту і оптимізації технологічного процесу.

Публікації автора:

1. Татьянченко А.Г. Температурное состояние осевого инструмента в условиях конвективного теплообмена // Прогрессивные технологии и системы машиностроения. Международный сборник научных трудов. Вып.15. – Донецк: ДонНТУ, 2001. – С. 249-253.

2. Татьянченко А.Г. Погрешность профиля продольного сечения отверстия за счет температурных деформаций детали и инструмента // Проблемы создания новых машин и технологий. Научные труды КГТУ. Вып.1(10). – Кременчуг: КГТУ, 2001. – С.401-404.

3. Малышко И.А., Татьянченко А.Г. Температурные деформации детали при обработке отверстий / Прогрессивные технологии и системы машиностроения. Международный сборник научных трудов. Вып.17. – Донецк, 2001. – C.45-51. (Автором розроблені теоретичні основи утворенні термопружних деформацій).

4. Малышко И.А., Татьянченко А.Г., Бочаров С.И. Температурное состояние детали при развертывании отверстий // Вісник інженерної академії. – Київ, 2001. – №3. – С.231-233. (Автором розроблена математична модель і досліджено розвиток термопружних деформацій).

5. Татьянченко А.Г. Определение угла сдвига при обработке отверстий осевым лезвийным инструментом // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: Машинобудування і машинознавство. Вип. 71. – Донецьк: ДонНТУ, 2004. – C.140-144.

6. Татьянченко А.Г. Определение температуры детали в зоне резания при обработке отверстий // Прогрессивные технологии и системы машиностроения. Международный сборник научных трудов. Вып. 28. – Донецк, ДонНТУ, 2004. – C.179-184.

7. Татьянченко А.Г. Влияние контактного деформирования инструмента и детали в зоне резания на точность обработки отверстий // Резание и инструмент. – Харьков, 2004. - C.73-76.

8. Татьянченко А.Г., Малышко И.А. Прогнозирование точности обработки отверстий по температурным деформациям детали в зоне резания // Вісник двигунобудування. Научно-технический журнал. – Запорожье: ОАО «Мотор-Січ», 2004. – №3. – С.80-85. (Автором розроблена математична модель і досліджено вплив термопружних деформацій на точність отвору).

9. Татьянченко А.Г., Малышко И.А. Влияние кривизны обработанной поверхности на характер тепловыделения по задней поверхности инструмента при обработке отверстий // Прогрессивные технологии и системы машиностроения. Международный сборник научных трудов. Вып.21. – Донецк: ДонНТУ, 2002. –– С.80-85. (Автором розроблена математична модель і досліджено вплив кривини на кут зсуву).

10. Татьянченко А.Г. Малышко И.А. Определение контактных усилий по задней поверхности инструмента при развертывании // Прогрессивные технологии и системы машиностроения. Международный сборник научных трудов. Вып.19. – Донецк: ДонНТУ, 2002. –– С.239-245. (Автором розроблена математична модель і досліджено вплив контактних деформацій на точність отвору).

11. Татьянченко А.Г. Динамическая устойчивость процесса глубокого сверления // Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем. Збірник наукових праць. – Краматорськ, 2000. – С.74-79.

12. Малышко И.А., Татьянченко А.Г. Метод определения температурной зависимости модуля упругости инструментальных материалов // Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем. Збірник наукових праць. Вип.№10. – Краматорськ: ДДМА, 2000. – С.108-112. (Автором розроблена і виготовлена дослідна установка і розроблені методи обробки експериментальних даних).

13. Малышко И.А., Татьянченко А.Г. О влиянии теплофизических процессов на точность обработки одномерным осевым инструментом // Прогрессивные технологии и системы машиностроения. Международный сборник научных трудов. Вып.12. - Донецк, 2000. – C.219-226. (Автором розроблена математична модель і досліджений вплив неврівноваженої радіальної сили різання на точність отвору).

14. Татьянченко А.Г. Модель упругих перемещений длинного осевого инструмента // Надежность режущего инструмента и оптимизация технологических систем. - Краматорск: ДДМА, 1999. – C.124-129.

15. Татьянченко А.Г. Исследование температурной зависимости модуля упругости стали 40Х и 45 // Прогрессивные технологии и системы машиностроения. Международный сборник научных трудов. Вып.10. - Донецк, 2000. – С.244-248.

16. Татьянченко А.Г. Динамическая устойчивость осевого инструмента // Збірник праць ІІІ Міжнародної конференції «Вібрації в техніці та технологіях». – Євпаторія, 1998. – C. 100-103.

17. Татьянченко А.Г., Малышко И.А. Прогнозирование точности обработки осевым комбинированным инструментом // Прогрессивная техника и технология машиностроения. Тез. докл. межд. научно-техн. конф. – Севастополь, 1995. – С.158. (Автором розроблена математична модель і досліджено вплив схеми різання на точність отвору).

18. Татьянченко А.Г., Малышко И.А., Ширейкин А.Ю. Влияние геометрических смещений режущих кромок комбинированных инструментов на точность обработки // Прогрессивная техника и технология машиностроения. Тез. докл. межд. научно-техн. конф. – Севастополь, 1995. – С.159 (Автором розроблена математична модель і досліджено вплив неврівноваженої радіальної сили на точність отвору).

19. Татьянченко А.Г. Влияние температуры резания на точность обработки отверстий осевым инструментом // Вісник Національного технічного університету «Київський політехнічний інститут». – Київ: НТТУ «КПІ», 2001. – №40. – С.367-376.

20. Малышко И.А., Татьянченко А.Г. Прогнозирование формы и размеров продольного профиля отверстия при обработке осевым инструментом // Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем. Збірник наукових праць. Вип.17. – Краматорськ: ДДМА, 2005. – C.30-37. (Автором розроблена математична модель і досліджений вплив термопружних деформацій на точність отвору ).

21. Татьянченко А.Г. Влияние вторичного теплообмена на температурное состояние в зоне резания при обработке отверстий // Наукові праці Донецького технічного університету. Серія: Машинобудування і машинознавство. Вип.92. – Донецьк: ДонНТУ, 2005. – C.118-128.

22. Татьянченко А.Г. Влияние контактного деформирования в зоне резания на точность обработки отверстий одномерным осевым инструментом // Прогрессивные технологии и системы машиностроения. Международный сборник научных трудов. Вып. 26. – Донецк, 2003. – C.116-124.

23. Малышко И.А., Татьянченко А.Г. Моделирование процесса формирования продольного профиля отверстия с учетом термоупругих деформаций инструмента и детали при неустановившемся теплообмене // Високі технології в машинобудуванні. Збірник наукових праць НТУ «ХПІ». – Харків, 2002. – С.211-216. (Автором розроблена математична модель і досліджений вплив вторинного теплообміну на термопружні деформації).

24. Татьянченко А.Г. Влияние термоупругих деформаций на точность продольного профиля отверстия при чистовой лезвийной обработке // Наукові праці Донецького технічного університету. Серія: Машинобудування і машинознавство. Вип.110. – Донецьк: ДонНТУ, 2006. – C.42-48.

25. А.С. №37588А Україна, МКІ 6 В23D77/00. Розвертка / Татьянченко О.Г., Малишко І.О., Дядюшек В.В. – Опубл. 15.05.2001. Бюл. №4. (Автором запропоновані технічні рішення, що підвищують стійкість інструменту).

26. А.С. №41236А Україна, МКІ 7 В23В51/02. Спіральне свердло / Татьянченко О.Г., Малишко І.О., Дядюшек В.В. – Опубл. 15.08.2001. Бюл. №7. (Автором запропоновані технічні рішення, що підвищують стійкість інструменту).

27. А.С. №37600А Україна, МКІ 7 В23D77/02. Комбінована розвертка / Татьянченко О.Г., Малишко І.О., Дядюшек В.В., Придатко Є.О. – Опубл. 15.05.2001. Бюл. №4. (Автором розроблена теоретичні основи підвищення точності отвору).

28. А.С. №59745 Україна, МКІ 7 В23D77/02. Спосіб обробки циліндричних отворів двохступінчатим осьовим інструментом / Малишко І.О., Татьянченко О.Г., Дядюшек В.В. – Опубл. 15.09.2003. Бюл. №7. (Автором розроблені теоретичні основи усунення похибки поздовжнього профілю отвору).

29. А.С. №68832А Україна, МКІ 7 В23D77/00. Спосіб обробки отворів / Татьянченко О.Г. – Опубл. 16.08.2004. Бюл. №8.

30. А.С. № 68851А Україна, МКІ 7 В23D77/00. Спосіб обробки отворів / Татьянченко О.Г., Малишко І.О., Комар О.П., Коллер С.В. – Опубл.16.08.2004. Бюл. №8. (Автором розроблені теоретичні основи усунення похибки поздовжнього профілю отвору).