Теоретические основы оптимизации режущей части лезвийных инструментов

Существование оптимальных геометрических параметров режущей части установлено многочисленными экспериментами по исследованию режущих свойств различных лезвийных инструментов из разных инструментальных материалов при обработке разнообразных металлов и сплавов. Определение оптимальной геометрии в настоящее время требует проведения трудоемких стойкостных испытаний. Так из личного опыта автора время получения одной кривой износа и, соответственно, одной точки на стойкостной зависимости с измерением топографии износа, силы и температуры резания, шероховатости обработанной поверхности и других сопутствующих процессу резания явлений, составляет 6−8 часов без учета времени на подготовку экспериментальной установки, инструмента и обрабатываемой заготовки. Для прогрессивных марок инструментального материала с высокой износостойкостью это время еще более увеличивается. По данным фирмы SANDYIK COROMANT на ее экспериментальных установках в исследовательских целях ежегодно истирается около 25 000 режущих граней в год и при этом снимается до 180 тонн стружки. Поэтому задача расчетного определения оптимальных с определенной точки зрения формы, размеров и материала режущей части представляет собой актуальную проблему как для теории резания, так и для практики металлообработки.

В основу диссертационной работы положены теоретические исследования вопросов механики несвободного резания материалов (Глава 2), проведенные с целью определения исходных параметров процесса, необходимых для оптимального проектирования режущей части. Предложена и аналитически описана схема стружкообразования с единственной поверхностью сдвига, которая позволяет определять начальный угол и траекторию схода стружки. На основе теории линий скольжения разработана схема образования стружки с развитыми зонами первичных и вторичных пластических деформаций как при свободном, так и при несвободном резании. С помощью этого подхода получена возможность расчета напряженного состояния в любой точке пластической зоны и контактных нагрузок на передней поверхности инструмента. Установлена также связь между технологическими составляющими силы резания и параметрами распределения контактных нагрузок.

На основе полученных данных в Главе 3 сформулированы критерии оптимальности и проведена оптимизация геометрических параметров режущей части инструмента. При этом разработана методика оптимизации углов как режущего клина, так и углов режущей части в плане.

Отдельно рассмотрена задача оптимизации распределения физико-механических свойств инструментального материала режущей части (Глава 4), актуальная при создании композиционных режущих элементов. С помощью теорий упругости и термоупругости решена задача оптимизации двухи трехклинной анизотропии режущего клина, а также разработаны оптимальные проекты равнопрочного режущего клина. Кроме того исследованы условия отсутствия межслойных трещин при спекании режущих композитов.

Практическая значимость результатов проведенных исследований подтверждена разработанной оптимизационной САПР сменных многогранных пластин (СМП), изучением режущих свойств двухслойных композитов из Томала-10 и разработкой оригинальной технологии получения многослойных СМП.

На защиту выносятся: схема образования стружки при несвободном резании с единственной условной поверхностью сдвигааналитические выражения для описания верхней границы условной поверхности сдвига как для режущей кромки общего вида, так и для частных ее случаевметодика и формулы для определения начального угла схода стружки при несвободном резанииконцепция определения траектории движения стружки по передней поверхности режущей частисхемы полей линий скольжения в первичной и вторичной пластических зонах стружкообразования при свободном резанииметодика расчета нормальных и касательных контактных нагрузок на передней поверхности инструментаидентификация пятна силового контакта стружки с передней поверхностью и описание формы областей пластических деформаций при несвободном резании: формулы связи между составляющими силы резания и параметрами распределения контактных нагрузок при несвободном резаниикомплексные критерии оптимальности геометрических параметров режущей частисущность взаимосвязи между контактными нагрузками и износом режущей части и условия обеспечения равномерного изнашивания передней поверхностиметодика оптимизации формы передней поверхности инструмента по целевой функции прочности и аппроксимации этой формы фаской и округлением режущего лезвияметодика оптимизации геометрии режущей части в планеразвитие теории упругости и термоупругости для анизотропного режущего клинаусловие постоянства радиальных напряжений в режущем клине как критерий оптимальности распределения свойств инструментального материалаоптимизация двухи трехклинной анизотропной режущей частиуточнение понятия прочности и равнопрочности режущей частиоптимальные проекты равнопрочной композиционной режущей части инструментавведение ограничения на отсутствие межслойных термических трещин в оптимизацию физико-механических свойств инструментального материалаблоки оптимизации и математическое обеспечение системы автоматизированного проектирования токарных инструментов с СМПметодика компьютерного проектирования специальных форм СМП по различным критериям оптимальностирезультаты экспериментальных исследований режущих свойств двухслойных СМП из Томала-10- технология получения объемно-анизотропных СМП;

Научная новизна заключается в следующем:

1. Для несвободного резания материалов предложена и экспериментально проверена гипотеза о постоянстве угла сдвига в направлении схода стружки, на основе которой построена и аналитически описана схема стружкообразования с единственной условной поверхностью сдвига (УПС).

2. Аналитически установлено и экспериментально подтверждено, что угол начального схода стружки при несвободном резании полностью определяется формой режущей кромки и сечением срезаемого слоя. Разработана концепция определения траектории движения стружки по передней поверхности и ее завивания после окончания силового контакта.

3. Разработаны математические модели и построены схемы полей линий скольжения в первичной и вторичной зонах пластических деформаций при свободном и несвободном резании, которые позволяют рассчитать напряженное состояние в любой точке как внутри этих зон, так и на контактных площадках режущей части.

4. На основе изучения экспериментальных данных сформулированы условия оптимальности геометрических параметров режущей части по критериям равномерного изнашивания и равнопрочности режущего клина и разработаны расчетные методики оптимизации формы режущей части.

5. Впервые предложен метод оптимизации распределения модуля упругости инструментального материала в режущей части с ограничениями оптимального проекта по межслойным трещинам и экономичности.

Практическая ценность работы:

1. Создан комплекс частных методик для определения на стадии проектирования лезвийных инструментов геометрических параметров их режущей части, включающей в себя расчеты оптимального переднего угла, равнопрочной формы передней поверхности, параметров v 1 к/ и упрочняющей фаски, радиуса округления режущих лезвии, оптимальной величины угла наклона главного режущего лезвия и формы стружколомающего порожка по различным критериям оптимальности. Комплекс включает в себя также методики расчета необходимых для оптимизации исходных данных (угол начального схода стружки, параметры распределения контактных нагрузок, составляющие силы резания и т. п.).

2. Построены равнопрочные проекты композиционного материала режущей части, позволяющие создать новый класс инструментальных материалов — многослойных объемно-анизотропных композитов. Разработаны рекомендации по предотвращению появления межслойных термических трещин, возникающих при изготовлении и эксплуатации многослойных композиций.

3. Разработана система автоматизированного проектирования токарных инструментов с СМП, отличающаяся от существующих наличием блоков оптимизации и специфическим математическим обеспечением.

4. Получены экспериментальные данные по режущим свойствам двухслойных композиционных СМП из Томала — 10 при обработке закаленной стали и серого чугуна.

5. Предложена и экспериментально отработана технология получения многослойных заготовок СМП из различных материалов и установлены перспективные композиции инструментальных материалов.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 138 наименования и приложений. Общий объем диссертации 307 е., из них 245 страниц основного текста и 111 иллюстраций на 62 страницах.

5.2.4. Выводы по разделу 5.2.

5. Внедрение резцов из Томала-10 на операциях обточки валков холодной прокатки и чистовой обработки чугунных втулок позволило в условиях ПО «Юргинский машиностроительный завод» получить годовой экономический эффект в размере 25 тыс. рублей в ценах 1991 года.

5.3. Технология производства СМП из многослойных композиций.

Технологические способы изготовления объемно-анизотропных композиционных материалов и конструкций можно разделить на методы гальванопластики, порошковой металлургии, самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, химической сборки, способов получения волокнистых и слоистых полимеров и ряд других [18, 20, 39, 99]. Для инструментальных материалов наиболее применима порошковая металлургия, которая начиная с появления твердых сплавов традиционно является основным способом изготовления режущих пластин.

Если для обычной технологии получение твердого сплава важна гомогенность смеси, достигаемая тщательным ее перемешиванием, то для объемной анизотропии необходимо получать различное содержание смеси в разных зонах режущей пластины. Этого можно достичь послойным прессованием [36, 37] или специальной засыпкой прессформы по координатам порошковыми смесями различного содержания. В последнем случае резко возрастает трудоемкость операции засыпки и здесь требуется специальное устройство для порционной подачи смесей.

Для первого случая известен способ изготовления пластин (а.с. № 1 115 712, В23 В27/14) путем прессования нижнего слоя из порошка безвольфрамового твердого сплава КТН30 при низком давлении (1.2 МПа), а затем верхнего режущего слоя из безвольфрамового твердого сплава КТН12 вместе с нижним слоем при давлении 10. 12 МПа с последующим спеканием. При этом поверхности раздела слоев, как правило, являются плоскими, что не соответствует оптимальным проектам анизотропного режущего клина, рассмотренным в п. 4.2 (см. рис. 4.12 и 4.13).

Более близок к желаемому результату способ изготовления многогранной режущей пластины (а.с. № 1 701 429, В23 В27/14 от 21.11.89 г.), включающий засыпку в прессформу порошка материала подложки (или инструментального материала), формирование фасонной поверхности в виде параболоида вращения, засыпку в прессформу порошка инструментального материала (или материала подложки) и воздействие на заготовку пластины высоким давлением и температурой. Его недостатком является значительная трудоемкость процесса формирования поверхности раздела слоев в материале СМП.

Автором *) предложен способ изготовления заготовок режущих пластин (заявка № 96−10 6575(11 063) от 4.04.96г.), отличающийся тем, что в процессе послойной засыпки в прессформу порошков она вращается вокруг собственной оси с переменной угловой скоростью. Способ реализован на экспериментальной установке (рис. 5.7), включающей в себя та-хогенератор, на валу которого устанавливается нижняя часть прессфор-мы с вкладышем под СМП требуемой формы. Размеры полости вкладыша устанавливались с учетом усадки горизонтальных размеров пластины после спекания (примерно на 30% больше [99]). Частота вращения вала тахогенератора регулируется реостатом R.

Изготовление композиционной СМП осуществляется следующим образом. Прессформу устанавливают на ось тахогенератора и начинают вращать с угловой частотой Ilj. Затем при помощи дозирующего устройства (на рис. 5.7 не показано) в нее засыпают порошок материала подложки. Вследствие действия центробежных сил частицы порошка распределяются в полости прессформы и оседают на периферийных Соавтор — аспирант О. Ю. Ретюнский.

Засыпка смеси.

Тахогенератер Г.

Рис. 5.7. Схема установки для засыпки прессформы ж.

А N ч.

— г а) б) Ь) г).

Рис. 5.8. Варианты композиционных СМП при ГЦ > П2 участках с образованием верхней фасонной поверхности в виде параболоида вращения. После этого засыпают дозированную порцию порошка инструментального материала и увеличивают или уменьшают частоту вращения до величины П2. Последний слой формируют при небольшой скорости вращения, обеспечивающей плоскую верхнюю поверхность засыпки. Затем прессформу снимают с оси тахогенератора, собирают ее с верхней частью и помещают на стол пресса. Далее прессуют брикет, разбирают прессформу и спекают полученные брикеты при определенной температуре.

Предложены также несколько разновидностей рассматриваемого способа (рис. 5.8, 5.9, 5.10), каждая из которых реализует тот или иной проект композиционной СМП.

Для двухслойных композиций при ГЦ > П2 (см. рис. 5.8) путем комбинирования объемами смесей можно получить выход на режущую вершину материала первого слоя в виде сплошной армирующей коронки (рис. 5.8 а), в виде армированных вершин (рис. 5.8 б) и выход материала второго слоя (рис. 5.8 в). Здесь возможны также варианты работы перевернутой по отношению к засыпке СМП и получения пластин с отверстием (рис. 5.8 г).

Для трехслойных пластин с режимом вращения при послойной засыпке П| < П2 > Н3 (см. рис. 5.9) имеем варианты: выход первого слоя только на вершины СМП (рис. 5.9 а) — выход первого слоя по всему периметру СМП (рис. 5.9 6) — выход второго слоя по периметру СМП (рис. 5.9 в) — выход третьего слоя на всю переднюю поверхность (рис. 5.9 г).

Варианты трехслойных СМП с режимом ГЦ > П2 > П3(см. рис.

5.10): г гз а).

5).

6) г).

Рис. 5.9. Варианты композиционных СМП при П1 < П2 > П3.

— 3.

— 1 3 А а) Щ.

V А.

Рис. 5.10. Варианты композиционных СМП при ГЦ > П2 > П3 выход на переднюю поверхность только первого и третьего слоя (рис. 5.10 а) — выход всех трех слоев (рис. 5.10 б) — выход на вершины второго слоя (рис. 5.10 в) — выход на переднюю поверхность третьего слоя (рис. 5.10 г).

Представленное множество вариантов предложенного способа свидетельствует об его эффективности в реализации оптимальных проектов объемно-анизотропных режущих пластин. В то же время следует заметить, что образуемая в прессформе поверхность раздела слоев в виде параболоида вращения не совпадает с характером оптимальных поверхностей раздела (см. рис. 4.12). Поэтому возникает необходимость аппроксимации оптимальных профилей параболами, которую можно провести известными способами графо-аналитической обработки. Вторая особенность связана с тем, что полученный при засыпке профиль поверхности раздела искажается в процессе прессования заготовок СМП и принимает окончательный вид уже после спекания. Эти факторы необходимо учитывать при изготовлении режущих пластин с заранее задаваемой анизотропией.

Способ был реализован путем изготовления оснастки и проведения экспериментов в Филиале ТПУ в г. Юрге и на ПО «Юргинский машиностроительный завод». Использовались исходные материалы в виде порошков: железографитовая смесь марок ПЖГр1 и ПЖГр2, быстрорежущая сталь Р6М5К5П, твердые сплавы ВК8 и ВК10. В экспериментах применялись также порошковая медь и отходы электрокорунда АЬОз, полученные после его рассеивания на Юргинском абразивном заводе. Порошки твердых сплавов в состоянии поставки были смешаны с пластификатором. Масса порошковых фаз при засыпке в прессформу определялась на аналитических весах. Суммарная масса засыпки устанавливалась с учетом необходимой толщины СМП и ее температурной усадки при спекании: 12 г для квадратной и 10 г для трехгранной пластины.

После засыпки прессформы в соответствии с приведенной выше последовательностью производилась прессование брикетов на прессе Р-10 с усилием 10 тс. Все брикеты (прессовки) маркировались путем царапания иглой кода согласно рецептуры и режима вращения прессформы. Прессовки спекались как в лабораторных, так и в производственных условиях в отделении порошковой металлургии ЦЗЛ ПО ЮМЗ. Спекание в лаборатории металловедения Филиала производилось в трубчатой печи СУ-ОЛ.044/12-М2-У42 при температуре 1200 °C в атмосфере аргона в течение 1,5.2 часов. Для этого на дно специальной лодочки насыпалась крупка электрокорунда, укладывались прессовки с зазором между ними и сверху вновь засыпался крупнозернистый электрокорунд. Слабый поток аргона в зону спекания обеспечивался от баллона высокого давления через специальное воздухоподводящее устройство с термоизоляцией.

На первом этапе определялась возможность получения прочного без трещин соединения в следующих двухслойных композициях:

1) ПЖГР1 (ПЖГР2) — Р6М5К5П;

2) ПЖГР1 — ВК8;

3)ПЖГР1 — ВК10;

4) Р6М5К5П — ВК8;

5) Р6М5К5П — ВК10;

6) ВК8 — ВК10.

Как показали эти опыты и в полном соответствии с расчетами на трещиностойкость, проведенными в п. 4.3, прочные соединения получены в вариантах 1) и 6) для материалов одного класса с близкими значениями модуля упругости и коэффициентов термического линейного расширения. Остальные композиции дали растрескивание твердосплавной фазы как по шву, так и в радиальном от центра СМП направлении. Причем меньшее трещинообразование получено для пластин, не имеющих сплошной армирующей коронки по периметру (см. рис. 5.8. б и 5.9 а).

На втором этапе работы были получены трехслойные копозиции (86 вариантов). Исследовалось влияние комбинации материалов пластин, их относительной массы, режима вращения прессформы при засыпке и ряда других технологических факторов на возможность получения прочных прессовок. В результате установлено следующее: перспективны композиционные пластины, у которых материал промежуточного слоя состоит из смеси материалов двух других слоев в пропорции 1:1- легче других реализуется варианты рассыпки перевернутой пластины (см. рис. 5.8 г) и режим вращения ГЦ > П2 > П3 (см. рис. 5.10).

Одновременно определялась возможность утилизации отходов производства Юргинского абразивного завода в виде абразивной пыли, для чего этот порошок смешивался с железографитовой смесью и порошковой быстрорежущей стали. Здесь получен ряд перспективных композиций.

Кроме того с целью возврата в производство отходов твердого сплава рассматривалось также паллиативное по отношению к оптимальным проектам решение, когда в углы прессформы устанавливались кусочки твердого сплава Т15К6, которые засыпались порошком ПЖГр1, а затем производилось прессование и спекание. Стойкостные опыты по чистовому точению стали Ст. 5 показали, что такого рода СМП, изготовленные по типу Томала-30, вполне могут быть использованы на производстве в случае дефицита твердых сплавов. При этом для повышения прочности сцепления твердосплавных вставок с материалом подложки необходима специальная схема разрезки отходов твердого сплава, обеспечивающая выход на вершину только верхней части вставки, в то время как опорная ее часть полностью впечена в тело СМП.

Следует отметить, что наряду с получением оптимальных по прочности проектов СМП, описанный выше способ обеспечивает существенное снижение расхода инструментальных материалов на их изготовление. В зависимости от варианта композиции эта экономия достигает от двух до пяти раз на одну режущую пластину.

Таким образом предложенная в данном разделе технология изготовления композиционных режущих пластин дает возможность пополнить инструментальные материалы новым классом — объемно-анизотропными равнопрочными экономно армированными режущими элементами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

По результатам, полученным в представленной работе, можно сделать следующие общие выводы:

1 .Оптимальное проектирование инструментов должно осуществляться на основе целевых функций прочности, износостойкости, струж-коломающих свойств и экономичности. Предлагается применять в качестве критериев оптимальности формы и геометрических параметров режущей части максимальную прочность, максимальную стойкость, максимальный диапазон изменения параметров режима резания, в котором надежно обеспечивается завивание и ломание стружки, и минимальную стоимость оптимального проекта. При оптимизации свойств инструментального материала режущей части могут быть применены эти же критерии оптимальности за исключением третьего, который связан только с формой передней поверхности инструмента.

2. Наиболее разработанным к настоящему времени является критерий максимальной прочности, который базируется на математической теории упругости. Применительно к оптимизации режущего клина предложено конкретизировать его в виде следующего условия равнопрочно-сти: режущий клин будет оптимально спроектирован, если в любой его точке (как внутри, так и на передней поверхности) под воздействием внешних нагрузок будут возникать одинаковые радиальные напряжения, величина которых с некоторым запасом не превышает предельно допустимого значения. Такой подход позволил разработать методику оптимизации формы передней поверхности режущей части и отдельных ее элементов, а также получить оптимальные проекты распределения модуля упругости инструментального материала в режущем клине.

3.Для критерия максимальной стойкости (минимального износа) режущей части отсутствует надежная формальная теория трения и поэтому в данной работе был сделан переход к нему через прочность формоустойчивость) режущей кромки при детальном нагружении режущего лезвия контактными нагрузками, а также через обеспечение равномерного износа задних поверхностей с помощью управления сходом стружки по передней поверхности. Рассмотрена также возможность прогнозирования износа по величине контактных нагрузок.

4. Исходными данными для осуществления оптимального проектирования режущей части являются величина и характер распределения силовых и тепловых нагрузок, направление схода стружки по передней поверхности и ряд других характеристик, связанных с процессами стружко-образования, тепловыделения и трения в зоне резания.

5. В работе предложены и исследованы две схемы образования стружки при несвободном резании: с единственной условной поверхностью сдвига и с развитыми зонами пластических деформаций. На основе первой схемы разработана методика определения начального угла схода стружки, а вторая дала возможность рассчитывать параметры распределения силовых контактных нагрузок.

6. Условная поверхность сдвига представляет собой линейчатую пространственную поверхность, проходящую через режущую кромку и наклоненную в направлении схода стружки под средним углом сдвига к основной плоскости. Предложенный подход позволяет осуществлять переход от схемы свободного резания с единственной условной плоскостью сдвига к схеме несвободного резания, и наоборот. Аналитическое описание границ и площадей проекций условной проекции сдвига как в общем случае, так и для конкретных форм режущей части в плане, позволяет решать ряд вопросов механики несвободного резания. Так отношение площадей проекций условной поверхности сдвига определяет угол начального схода стружки по передней поверхности инструмента, а на основе установления кинематических и динамических связей между поверхностью сдвига и пятном силового контакта разработана концепция расчета траектории движения стружки по передней поверхности и ее завивания .

7. Схема стружкообразования с развитой пластической деформацией построена на основе теории линий скольжения и состоит из зоны первичных пластических деформаций, прилегающей к свободной поверхности стружки и срезаемого слоя, и зоны вторичных деформаций, огибающей режущую кромку. Поля линий скольжения в обеих зонах позволяют определять компоненты напряжений в любой точке пластической области и на ее границах, в том числе рассчитывать контактные нагрузки.

8. Построение областей пластических деформаций при несвободном резании базируется на математическом описании пятна силового контакта стружки с передней поверхностью. Это позволило получить аналитические выражения для расчета нормальной и касательной сил на передней поверхности.

9. Установлена однозначная связь между составляющими силы резания и параметрами распределения контактных нагрузок при несвободном резании. Разработана методика расчета нагрузок по результатам измерения силы резания.

10. На основе проведенных в Главе 2 теоретических исследований и результатов расчетов разработана методика определения исходных данных для оптимизации как геометрических параметров, так и физико-механических свойств инструментального материала режущей части лезвийных инструментов.

11. Оптимизация формы и геометрии режущей части проведена раздельно для двух групп геометрических параметров: геометрии режущего клина в главной секущей плоскости и формы режущей части в плане. Для каждой из этих групп сформулирован свой комплексный критерий оптимальности.

12.Предложенная динамика взаимодействия между износом и контактными нагрузками выявила возможность построения профилей передней поверхности, отвечающих требованию равномерного изнашивания (самозатачивания) режущего клина.

13. Оптимизация формы режущего клина основана на следующем критерии прочности: радиальные напряжения в каждой точке передней поверхности должны быть постоянны и их величина не должна превышать предела прочности инструментального материала. Согласно этого условия была разработана методика определения оптимального значения переднего угла и формы равнопрочной передней поверхности при на-гружении режущего клина сосредоточенными силами и распределенными контактными нагрузками.

14. На основе теории упругости предложена методика оптимизации профиля передней поверхности в зоне ее взаимодействия со стружкой, обеспечивающая формоустойчивость режущей кромки. Проведена также оптимизация параметров упрочняющей фаски и радиуса округления режущего лезвия.

15. Для геометрических параметров режущей части в плане установлен следующий критерий оптимальности, обеспечивающий равномерный износ задних поверхностей инструмента: начальный сход стружки должен происходить по направлению средней нормали к активному участку режущей кромки. На основе этого положения проведена оптимизация углов в плане для частных видов режущей части инструмента. Управляющим параметром здесь служит угол наклона главной режущей кромки.

16. На основе теории упругости анизотропных тел осуществлена оптимизация распределения свойств инструментального материала режущего клина по целевой функции прочности. Путем изменения модуля упругости получены оптимальные проекты сочетания в режущей части различных материалов, обеспечивающие равнопрочность режущего клина. Установлены оптимальные значения углов раздела клина для двухи трехклинной анизотропии.

17. Решена задача термоупругости как для изотропной, так и анизотропной режущей части, с помощью которой установлено, что нагрев передней поверхности в процессе резания снижает напряженное состояние в клине.

18. Проведена одновременная оптимизация свойств инструментального материала по двум полярным координатам, что позволило построить равнопрочные проекты путем расчета границ раздела слоев с разными модулями упругости. При этом рассмотрено нагружение как сосредоточенными силами резания, так и контактными нагрузками. Введен также дополнительный критерий оптимальности проекта анизотропной режущей части по экономическим показателям.

19. На основе расчета остаточных термоупругих напряжений установлены диапазоны отсутствия трещин при изготовлении композиционных режущих пластин.

20. На базе разработанных методик оптимизации создана система автоматизированного проектирования токарных инструментов со сменными многогранными пластинами, отличающаяся от существующих наличием блоков оптимизации и новым математическим обеспечением. Система внедрена на АООТ «Юргинский машиностроительный завод» с ожидаемым экономическим эффектом за счет экономии времени на конструкторские разработки около 23 тыс. деноминированных руб. в год.

21. Исследованы режущие свойства композиционных СМП из То-мала-10 при обработке серого чугуна и закаленной стали. За счет значительно большей стойкости по сравнению с твердым сплавом, возможности применения при получистовой обработке и прерывистом резании, замены шлифования и других преимуществ Томала-10 его внедрение на АООТ «Юргинский машиностроительный завод» дало экономический эффект в сопоставимых ценах в размере 250 тыс. руб. в год.

22. Разработана технология получения композиционных заготовок СМП из различных материалов, дающая возможность реализовать предложенные оптимальные проекты армирования режущей части. Данная технология прошла экспериментальную отработку, в результате чего выявлены перспективные композиции материала СМП.

Все вышеизложенное позволяет утверждать, что создано новое научное направление — оптимальное проектирование формы и материала режущей части инструмента на основе изучения закономерностей процесса резания.

Направления дальнейшей работы:

1. Предложенную в данной работе схему образования стружки с единственной поверхностью сдвига в случае использования ее для целей, не связанных с оптимизацией формы режущей части, необходимо уточнить, введя в рассмотрение связь между углом сдвига и толщиной стружки, так как последняя изменяется в зависимости от положения точки режущей кромки относительно срезаемого слоя.

2. Так как режущее лезвие всегда имеет некоторое округление и заторможенный прирезцовый слой обрабатываемого материала образует застойную зону или нарост, то необходимо основное внимание уделять разработке схемы стружкообразования с развитыми зонами пластических деформаций согласно рис. 2.27.

3. Требует более глубокой проработки критерий наименьшего износа режущей части, который является лимитирующим для большинства инструментов. Здесь следует развивать предложенную в п. 3.1 методику расчета топографии износа и оперировать относительными критериями, например, условием равномерного изнашивания или условием самозатачивания режущего лезвия. В случае результативного выхода необходимо накладывать оптимальные по износостойкости проекты режущей части на полученные в Главе 4 оптимальные по прочности проекты и таким образом получать одновременно высокую прочность и стойкость режущей части.

4. В работе мало уделено внимания оптимальности стружкозави-вающих и стружколомающих элементов режущей части, хотя автор в ряде своих работ [71, 72, 83] касался этой проблемы. Ее решение зависит от того, как скоро предложенная в п. 2.1.2 концепция определения траектории движения стружки по передней поверхности преобразуется в расчетную методику и подтвердится экспериментально.

5. Необходимо продолжить опытно-экспериментальные исследования по отработке технологии производства объемно-анизотропных режущих пластин, сочетающих в себе все положительные качества инструмента при одновременной существенной экономии инструментальных материалов.

В заключение автор приносит благодарность научной школе резания металлов МГТУ им. Н. Э. Баумана за становление научных взглядов автора, коллективам кафедр ТМС и МСИ (КузПИ), ТМРИ и АРМ (ТПУ) и особенно технологии машиностроения Филиала ТПУ в г. Юрге за разнообразную и всестороннюю помощь в выполнении данной диссертационной работы.