Сравнение результатов определения напряжений на гранях резца из монокристаллов алмаза аналитическим 2-D и 3-D методом конечных элементов

Сравнение результатов определения напряжений на гранях резца из монокристаллов алмаза аналитическим 2-D и 3-D методом конечных элементов

Проведено сравнение результатов определения вероятности разрушения резцов из монокристаллов алмаза с учетом их анизотропии при использовании аналитического 2 –D метода по формулам А.В. Бетанелли, а также 3-D методом конечных элементов. Для сравнения использовали значения силы резания, полученые э...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения
Дата:2017
Автори: Девин, Л.Н., Рычев, С.В., Смерчинский, А.В.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України 2017
Теми:
Разработка и внедрение оборудования и инструмента, оснащенного твердыми сплавами, в различных отраслях промышленности
Онлайн доступ:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/135005
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Сравнение результатов определения напряжений на гранях резца из монокристаллов алмаза аналитическим 2-D и 3-D методом конечных элементов / Л.Н. Девин, С.В. Рычев, А.В. Смерчинский // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2017. — Вип. 20. — С. 528-535. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-135005
record_format dspace
spelling Девин, Л.Н.
Рычев, С.В.
Смерчинский, А.В.
2018-06-14T13:21:06Z
2018-06-14T13:21:06Z
2017
Сравнение результатов определения напряжений на гранях резца из монокристаллов алмаза аналитическим 2-D и 3-D методом конечных элементов / Л.Н. Девин, С.В. Рычев, А.В. Смерчинский // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2017. — Вип. 20. — С. 528-535. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.
2223-3938
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/135005
621.941:534.647
Проведено сравнение результатов определения вероятности разрушения резцов из монокристаллов алмаза с учетом их анизотропии при использовании аналитического 2 –D метода по формулам А.В. Бетанелли, а также 3-D методом конечных элементов. Для сравнения использовали значения силы резания, полученые экспериментально при торцевом точении алюминиевых сплавов с различной глубиной и скоростью резания.
Наведено порівняння результатів визначення ймовірності руйнування різців з монокристалів алмазу з урахуванням їх анізотропії при вирішенні аналітичним 2-D методом за формулами А.В. Бетанеллі, а також 3-D методом скінченних елементів. Для порівняння використовували значення сили різання, що були отримані експериментально при торцевому точінні алюмінієвих сплавів з різною глибиною і швидкістю різання.
The aim of the study was to compare the results of determining the probability of fracture of incisors from diamond single crystals, taking into account their anisotropy when solving by an analytical 2-D method using the formulas of A.V. Betanelli, and also when solving with the finite element method 3-D. For comparison, the cutting forces were used, which were obtained experimentally at the end turning of aluminum alloys with different depth and cutting speed.
ru
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения
Разработка и внедрение оборудования и инструмента, оснащенного твердыми сплавами, в различных отраслях промышленности
Сравнение результатов определения напряжений на гранях резца из монокристаллов алмаза аналитическим 2-D и 3-D методом конечных элементов
Comparison of results of the determination of the stresses on the cutting edges from diamond monocrystals by analytic 2-D and 3-D by the finite element method
Article
published earlier
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
title Сравнение результатов определения напряжений на гранях резца из монокристаллов алмаза аналитическим 2-D и 3-D методом конечных элементов
spellingShingle Сравнение результатов определения напряжений на гранях резца из монокристаллов алмаза аналитическим 2-D и 3-D методом конечных элементов
Девин, Л.Н.
Рычев, С.В.
Смерчинский, А.В.
Разработка и внедрение оборудования и инструмента, оснащенного твердыми сплавами, в различных отраслях промышленности
title_short Сравнение результатов определения напряжений на гранях резца из монокристаллов алмаза аналитическим 2-D и 3-D методом конечных элементов
title_full Сравнение результатов определения напряжений на гранях резца из монокристаллов алмаза аналитическим 2-D и 3-D методом конечных элементов
title_fullStr Сравнение результатов определения напряжений на гранях резца из монокристаллов алмаза аналитическим 2-D и 3-D методом конечных элементов
title_full_unstemmed Сравнение результатов определения напряжений на гранях резца из монокристаллов алмаза аналитическим 2-D и 3-D методом конечных элементов
title_sort сравнение результатов определения напряжений на гранях резца из монокристаллов алмаза аналитическим 2-d и 3-d методом конечных элементов
author Девин, Л.Н.
Рычев, С.В.
Смерчинский, А.В.
author_facet Девин, Л.Н.
Рычев, С.В.
Смерчинский, А.В.
topic Разработка и внедрение оборудования и инструмента, оснащенного твердыми сплавами, в различных отраслях промышленности
topic_facet Разработка и внедрение оборудования и инструмента, оснащенного твердыми сплавами, в различных отраслях промышленности
publishDate 2017
language Russian
container_title Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения
publisher Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
format Article
title_alt Comparison of results of the determination of the stresses on the cutting edges from diamond monocrystals by analytic 2-D and 3-D by the finite element method
description Проведено сравнение результатов определения вероятности разрушения резцов из монокристаллов алмаза с учетом их анизотропии при использовании аналитического 2 –D метода по формулам А.В. Бетанелли, а также 3-D методом конечных элементов. Для сравнения использовали значения силы резания, полученые экспериментально при торцевом точении алюминиевых сплавов с различной глубиной и скоростью резания. Наведено порівняння результатів визначення ймовірності руйнування різців з монокристалів алмазу з урахуванням їх анізотропії при вирішенні аналітичним 2-D методом за формулами А.В. Бетанеллі, а також 3-D методом скінченних елементів. Для порівняння використовували значення сили різання, що були отримані експериментально при торцевому точінні алюмінієвих сплавів з різною глибиною і швидкістю різання. The aim of the study was to compare the results of determining the probability of fracture of incisors from diamond single crystals, taking into account their anisotropy when solving by an analytical 2-D method using the formulas of A.V. Betanelli, and also when solving with the finite element method 3-D. For comparison, the cutting forces were used, which were obtained experimentally at the end turning of aluminum alloys with different depth and cutting speed.
issn 2223-3938
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/135005
citation_txt Сравнение результатов определения напряжений на гранях резца из монокристаллов алмаза аналитическим 2-D и 3-D методом конечных элементов / Л.Н. Девин, С.В. Рычев, А.В. Смерчинский // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2017. — Вип. 20. — С. 528-535. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.
work_keys_str_mv AT devinln sravnenierezulʹtatovopredeleniânaprâženiinagranâhrezcaizmonokristallovalmazaanalitičeskim2di3dmetodomkonečnyhélementov
AT ryčevsv sravnenierezulʹtatovopredeleniânaprâženiinagranâhrezcaizmonokristallovalmazaanalitičeskim2di3dmetodomkonečnyhélementov
AT smerčinskiiav sravnenierezulʹtatovopredeleniânaprâženiinagranâhrezcaizmonokristallovalmazaanalitičeskim2di3dmetodomkonečnyhélementov
AT devinln comparisonofresultsofthedeterminationofthestressesonthecuttingedgesfromdiamondmonocrystalsbyanalytic2dand3dbythefiniteelementmethod
AT ryčevsv comparisonofresultsofthedeterminationofthestressesonthecuttingedgesfromdiamondmonocrystalsbyanalytic2dand3dbythefiniteelementmethod
AT smerčinskiiav comparisonofresultsofthedeterminationofthestressesonthecuttingedgesfromdiamondmonocrystalsbyanalytic2dand3dbythefiniteelementmethod
first_indexed 2025-11-27T00:39:29Z
last_indexed 2025-11-27T00:39:29Z
_version_ 1850789038040023040
fulltext Выпуск 20. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ 528 Key words: turning of hardened steels, surface roughness, round cutting insert, composite on the basis of cBN. Литература 1. Різальний композит кубічного нітриду бору з низькомодульною добавкою жароміцного нітриду кремнію / І. А. Петруша, О. С. Осіпов, Т. І. Смирнова та ін. // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления: Сб. науч. тр. – К.: ИСМ им. В. Н. Бакуля НАН Украины, 2008. – Вып. 11. – С. 206–212. 2. Динамические явления при чистовом точении закаленных сталей инструментом из композита на основе КНБ / Н. Е. Стахнив, Л. Н. Девин, И. А Петруша, О. С. Осипов // Сверхтвердые матер. – 2009. – № 3. – С. 75–83. 3. Стахнив Н. Е., Девин Л. Н. Исследование износа круглы режущих пластин из композита на основе КНБ и его влияния на силы резания при чистовом точении закаленных сталей // Сверхтвердые матер. – 2011. – № 2. С. 77–85. 4. Стахнив Н. Е., Девин Л. Н. Исследование влияния износа инструмента с композитом на основе КНБ на вибрации при чистовом точении закаленных сталей // Сверхтвердые матер. – 2012 . – № 3. – С. 62–69. 5. Технологическое обеспечение эксплуатационных свойств деталей машин / Э. В. Рыжов, А. Г. Суслов, В. П. Федоров и др. – М.: Машиностроение, 1979. – 176 с. 6. Хусу А. П., Витенберг Ю. Р., Пальмов В. А. Шероховатость поверхности. – М.: Наука, 1975. – 344 с. 7. Девин Л. Н. Прогнозирование работоспособности металлорежущего инструмента. – К.: Наук. думка, 1992. – 131 с. Поступила 06.04.17 УДК 621.941:534.647 Л. Н. Девин; д-р техн. наук, С. В. Рычев1; А. В. Смерчинский 2 1Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля НАН Украины, г. Киев 2Национальный технический университет «Киевский политехнический институт», Украина СРАВНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ НА ГРАНЯХ РЕЗЦА ИЗ МОНОКРИСТАЛЛОВ АЛМАЗА АНАЛИТИЧЕСКИМ 2-D И 3-D МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ Проведено сравнение результатов определения вероятности разрушения резцов из монокристаллов алмаза с учетом их анизотропии при использовании аналитического 2 –D метода по формулам А.В. Бетанелли, а также 3-D методом конечных элементов. Для сравнения использовали значения силы резания, полученые экспериментально при торцевом точении алюминиевых сплавов с различной глубиной и скоростью резания. Ключевые слова: метод конечных элементов, алмазный резец, вероятность разрушения, силы резания, алюминиевые сплавы. РАЗДЕЛ 3. РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ И ИНСТРУМЕНТА, ОСНАЩЕННОГО ТВЕРДЫМИ СПЛАВАМИ, В РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЯХ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 529 Для расчета прочности режущего инструмента необходимо знать распределение напряжений в его режущей части. А. В. Бетанели [1] предложил метод определения напряжений в режущей части инструмента, принимая эпюру распределения контактных нормальных напряжений в форме параболы. Этот метод является развитием работы Ф. Р. Арчибальда, который при решении аналогичной задачи ограничивался треугольной эпюрой контактного напряжения на режущем клине с передним γ = 0°. Хотя предложенным методом определяют напряжение в контактной зоне, им невозможно определить напряжение за пределами контактной зоны в опасных точках. Таким образом рассчитать прочность режущей части инструмента этим методом не нельзя. Формулы, полученные для плоской постановки задачи А. В. Бетанели, могут быть основой для определения величины вероятности разрушения, но они не учитывают сложного объемного распределения напряжения, которое возникают вдоль режущей кромки на некотором расстоянии от нее. Цель настоящей работы – проверить величины этих напряжений с помощью МКЭ в трехмерной постановке, которые затем будут использовать для расчета вероятности разрушения. Для изучения процесса тонкого косоугольного точения монокристаллами алмаза в ИСМ им. В. Н. Бакуля НАН Украины использовали автоматизированную систему измерения сил резания [2]. Блок-схема аппаратной части системы показана на рис. 1. Для точения использовали резцовую вставку с монокристаллом синтетического алмаза фирмы «De Beers» весом 0,1 карат (рис. 2), ориентация {111}. Монокристалл алмаза закрепляли в режущей вставке 1 методом пайки. Затачивали кристалл на станке ЗАР3637, доводку осуществляли на чугунном притире, шаржированном алмазным порошком марки АМ 40. Геометрия резца после доводки: γ=0°, α=8°, λ=0°, радиус при вершине r = 0,19 мм, радиус закругления режущей кромки – 0,3 мкм Автоматизированная система измерения составляющих силы резания состояла из универсального динамометра УДМ– 100 конструкции ВНИИИ (Россия) и разработанного нами тензоусилителя «Топаз», а также АЦП ADA 1406 фирмы «HOLIT Data Systems» и персонального компьютера. Управление АЦП, регистрацию и предварительную обработку экспериментальных данных для сигнала АЭ и силы резания выполняли с помощью программы «PowerGraph». Исследовали процесс резания на высокоточном токарном станке ТПК-125ВМ с бесступенчатым регулированием частоты вращения шпинделя главного движения от 100 до 2400 об./мин. Результаты экспериментов и их анализ После экспериментов получили результаты о составляющих сил резания (рис. 3) в зависимости от скорости резания при глубине 20 мкм. Рис. 1. Блок-схема автоматизированной измерительной системы Рис. 2. Общий вид пластины из монокристалла алмаза, 40 Выпуск 20. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ 530 При глубине резания 20 мкм наблюдали: 1. Резкое повышение сил при V = 170 м/мин, особенно силы Px; 2. Постепенное снижение сил при V=170-250 м/мин. Показанные на рис. 3 зависимости изменения значения величины силы обусловлены возникновением на малых скоростях заторможенного слоя, что приводит к повышению сил [3]. Общие сведения о методе конечных элементов Метод конечных элементов (МКЭ) позволяет численно решать широкий спектр задач, которые математически формулируются в виде системы дифференциальных уравнений. Этот метод можно использовать для анализа напряженно-деформированного состояния конструкций, термического анализа, решения гидрогазодинамических задач и задач электродинамики [4]. Сплошная среда является некоторой виртуальной субстанцией, которая непрерывным, сплошным образом заполняет часть пространства. В этой связи описание его движения связано с заданием величин, характеризующих движение в каждой точке определенной области пространства. Другими словами, при описании движения сплошных сред приходится иметь дело с полями скалярных и векторных величин, характеризующих это движение [5]. Для расчета полей с помощью МКЭ в рассматриваемой области необходимо определить материалы элементов и задать их свойства. В задачах деформирования прежде всего нужно указать упругие свойства модуль упругости и коэффициент Пуассона. Если предполагается пластическое деформирование, необходимо задать настоящие диаграммы деформирования, которые аппроксимируются билинейными или мультилинейными кривыми. Состояние тела характеризуется конечным количеством независимых параметров, определенных в узлах конечно-элементной сетки. Такие параметры называют степенями свободы. В рассмотренных далее деформационных задачах в качестве степеней свободы применяли перемещения узлов, среди компонентов которых были и угловые перемещения [4]. Определение величины напряжений на передней и задней поверхностях с помощью системы конечно–элементного анализа ANSYS и их сравнение с теоретическими значениями аналитического метода (плоская задача 2-D) Прочность режущей части инструмента определяли по допустимым напряжениям первого рода [1] аналогично расчету прочности деталей машин и элементов сооружений. Согласно этому методу при действующей нагрузке определяли главное напряжение σ1 > σ2 > σ3. А. В. Бетанели [1] предложил метод расчета хрупкой прочности режущей части инструмента по равнодействующей сосредоточенной силе резания R, приложенной к вершине режущего клина. При этом распределение напряжений принимается как простое радиальное и выражается формулой: Рис. 3. Зависимости составляющих сил резания от скорости при t = 20 мкм РАЗДЕЛ 3. РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ И ИНСТРУМЕНТА, ОСНАЩЕННОГО ТВЕРДЫМИ СПЛАВАМИ, В РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЯХ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 531 0 0 β β β β cos γ cos θ γ sin γ sin θ γ 2 2 2 22 , (1) β sinβ β sinβ R R S br                                                                   где R – равнодействующая сила; b – ширина срезаемого слоя; r, θ – полярные координаты; ν – угол, определяющий направление силы резания; β – угол заострения; γ – передний угол. С помощью программы ANSYS в интерактивном режиме можно определять главное напряжение (Maximum Principal Stress). Поле распределения σ1 при t = 20 мкм, и V = 70 м/мин показано на рис. 4. Как следует из рис. 4, в зоне приложения силы возникают сжимающие напряжения, а на некотором расстоянии от режущей кромки – область растягивающих напряжений. Эта область находится на расстоянии r = (1,3–1,5)c, где с–ширина зоны контакта стружки с передней поверхностью, принятая равной толщине материала, который срезается. Расстояние от режущей кромки в зоне максимальных напряжений принимали равным 2c. Обычно полная длина контакта c = (1,8–2,5)с1, где с1 – длина пластического контакта, которую для γ = 0º вычисляли по формуле (2) где – толщина среза; S – подача; Φ – угол плоскости сдвига. После расчета математической модели в среде ANSYS были получены значения главных напряжений для объемной задачи (3-D) для различных режимов резания и они были сравнены с величиной главных напряжений, полученные с помощью формулы А.В. Бетанели для плоской задачи. Эти сравнительные графики показаны на рис. 5. При глубине резания t = 20 мкм и скорости V = 150–170 м/мин наблюдали максимальную величину сжимающих напряжений на передней поверхности при объемной задаче, что обусловлено колебанием сил резания и образованием заторможенного слоя на передней поверхности [3]. Максимальные напряжения на задней поверхности переходят из сжимающих в растягивающие при V = 120 м/мин и затем переходят снова в сжимающие при V = 180 м/мин. Разница между величинами максимального напряжения объемной и плоской задачи на передней поверхности составляла 18% – 25% на задней 25% до 36%, причем для объемной задачи напряжения всегда превышают напряжения плоской задаче. Рис. 4. Схема поля распределения главного напряжения σ1 на передней поверхности Выпуск 20. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ 532 а б Рис. 5. – Зависимости максимальной величины напряжений на передней (а) и задней (б) поверхности резца в зависимости от скорости резания при t = 20 мкм для плоской и объемной задач Исследование вероятности разрушения резцов из монокристалла алмаза при плоской 2-D и объемной 3-D задачах определения напряжения Обозначим напряжения, возникающие в опасных точках вершины резца при точении, SR, прочность монокристалла алмаза при растяжении и сжатии – соответственно Sp и Sc. В процессе обработки за счет неоднородности свойств материала детали и динамики стружкообразования сила резания колеблется. С учетом этого напряжения в опасных точках резца характеризовали средним значением _ SR и среднеквадратическим отклонением SR , предполагая, что их распределение не противоречит нормальному закону [6]. Прочность монокристалла алмаза также характеризовали средними значениями предела прочности при растяжении и сжатии и их стандартным отклонением p C ,S S  . Известно, что распределение прочности хрупких материалов лучше всего описывается законом Вейбулла. Однако при оценке параметров распределения по малой выборке (до 30 образцов) трудно отдать предпочтение закону Вейбулла по сравнению с нормальным или логарифмически нормальным распределением [7]. Для упрощения расчетов предположим, что распределение прочности подчиняется нормальному закону ( рис. 6) [8]. Как известно [8], вероятность разрушения резца в таком случае будет равняться площади фигуры, образованной пересечением кривых этих функций. Тогда для растягивающих напряжений вероятность будет: (3) где SA – напряжение, соответствующее точке А дифференциальных функций f(SP) и f(SR). Величину SA находили, решая систему уравнений [8]     A A S S R dSSfdSSfP 0 p ,)()( Рис. 6. Дифференциальные функции распределения SR и SP РАЗДЕЛ 3. РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ И ИНСТРУМЕНТА, ОСНАЩЕННОГО ТВЕРДЫМИ СПЛАВАМИ, В РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЯХ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 533 P 2 2 p A P 2 2 R A R 1 ( ) exp ( ) / 2 ; 2 1 ( ) exp ( ) / 2 , 2 P R R S S S S f S S S f S S S                       (4) откуда 0)/ln(2)(2)( 222 R 22 P 2 AP 22 A 222 PPPRRPR  PR SSSSSSSRSSS SSSSSS  (5) Координата точки А – SА является корнем уравнения (5) Согласно литературным данным предел прочности при растяжении и сжатии монокристаллов алмаза широкий. Так, Sc = 200 – 8900 МПа [9], предел прочности при изгибе Sи = 200 – 500 МПа. Учитывая, что обычно для хрупких материалов Sp составляет (1/ 30 – 1/ 60)Sc и около 1/2Sи, в дальнейших расчетах для передней поверхности приняли Sp = 200 МПа; Sc = 1960 МПа, а для задней Sp = 180 МПа; Sc = 1660 МПа. В течение периода устойчивости резец может разрушиться как со стороны передней грани, так и задней. Для расчета вероятности разрушения напряжение на гранях резцов сравнивали с границами прочности при растяжении и сжатии. В этом случае формула (3) принимает вид Учитывая, что вероятности разрушения со стороны передней и задней граней независимые случайные, вероятность разрушения резца в целом вычисляли по формуле Р = Рп + Рз – Рп Рз Кривые вероятности разрушения, вычисленные по формулам для плоской и объемной задачи, показаны соответственно на рис. 7. а б Рис. 7. Кривые изменения вероятности разрушения резца при изменении скорости резания для задачи определения максимальных напряжений при глубине резания t = 20 мкм: а – плоской; б – объемной Выпуск 20. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ 534 Как видим при глубине резания t = 20 мкм наибольшая вероятность разрушения для решения плоской задачи определения напряжения, а именно 50% наблюдается при V = 150 м/мин. Это обусловлено повышением контактного напряжения со стороны передней поверхности и возможного образования заторможенного слоя на этой поверхности. При построении кривой вероятности разрушения с использованием напряжения, полученного при решении объемной задачи в среде ANSYS, получила наибольшую вероятность 60%, т. е на 10% больше, чем при плоской задаче. Максимальная вероятность, а именно 13%, наблюдалась при V = 110 м/мин. При V = 110 – 170 м/мин вероятность снижалась с 13 до 2% и оставалась неизменной при V = 170 – 250 м / мин. При решении объемной задачи в среде ANSYS установили область на режущей кромке режущей пластины, где возникают наибольшие напряжения. Она находится на расстоянии r = (1,3 – 1,5)c, где с – ширина зоны контакта стружки с передней поверхностью инструмента. Разница между значениями напряжений при решении объемной задачи и по формулам А.В.Бетанели составляет 4% – 30%, что существенно влияет на вероятность, которая зависит от величины контактных напряжений возникающих на передней и задней поверхностях. Разница между значениями вероятности разрушения составляет около 10%. Поэтому в формуле, которую предложил А.В. Бетанели для определения напряжения по равнодействующей силе R, следует использовать уточненное расстояние r = (1,3 – 1,5)c в зоне максимальных напряжений. Выводы Установлено, что максимальные напряжения, определенные с помощью МКЭ находятся на расстоянии r = (1,3 – 1,5)c от края режущей кромки (по формуле А.В. Бетанели r = 2c). Максимальная вероятность разрушения (13%), зафиксирована при V = 110 м/мин. Это обусловлено возникновением растягивающих напряжений на передней поверхности резца. После корректировки формулы А.В. Бетанели разница между расчетами вероятностей, выполненных с учетом напряжений по скорректированной формуле и МКЭ составила от 1% – 16%. Наведено порівняння результатів визначення ймовірності руйнування різців з монокристалів алмазу з урахуванням їх анізотропії при вирішенні аналітичним 2-D методом за формулами А.В. Бетанеллі, а також 3-D методом скінченних елементів. Для порівняння використовували значення сили різання, що були отримані експериментально при торцевому точінні алюмінієвих сплавів з різною глибиною і швидкістю різання. Ключові слова: Метод скінченних елементів (МСЕ), алмазний різець, ймовірність руйнування, сила різання, алюмінієві сплави. COMPARISON OF RESULTS OF THE DETERMINATION OF THE STRESSES ON THE CUTTING EDGES FROM DIAMOND MONOCRYSTALS BY ANALYTIC 2-D AND 3-D BY THE FINITE ELEMENT METHOD The aim of the study was to compare the results of determining the probability of fracture of incisors from diamond single crystals, taking into account their anisotropy when solving by an analytical 2-D method using the formulas of A.V. Betanelli, and also when solving with the finite element method 3-D. For comparison, the cutting forces were used, which were obtained experimentally at the end turning of aluminum alloys with different depth and cutting speed. Key words: finite element method, diamond cutter, fracture probability, cutting force, aluminum alloys. РАЗДЕЛ 3. РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ И ИНСТРУМЕНТА, ОСНАЩЕННОГО ТВЕРДЫМИ СПЛАВАМИ, В РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЯХ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 535 Литература 1. Лоладзе Т. Н. Прочность и износостойкость режущего инструмента. – М.: Машиностроение, 1982. – 320 с. 2. Девин Л. Н., Стахнив Н. Е, Сулима А. Г. Автоматизированная система для измерения сигнала акустической эмиссии в процессе прецизионного алмазного точения / Современные проблемы производства и ремонта в промышленности и на транспорте: матер. 11-го Междунар. Науч.-техн. семинара, 21–25 февраля 2011 г., г. Свалява. – К.: Изд-то АТМ Украины 2011. – С. 79–81. 3. Круглов Г. А. Обработка алмазными резцами деталей приборов. – М. Машиностроение. 1968. 4. Бруяка В. Инженерный анализ в Ansys Workbench: учеб. пособие. Самара – 2010. Ч. 1. 5. Криворучко Д. В., Залога В. О., Корбач В. Г. основи 3d-моделювання процесів механічної обробки методом скінченних елементів: навч. Посіб. – Суми: Вид. СумДУ, 2009. 6. Хает Г. Л. Прочность режущего инструмента. – М.: Машиностроение, 1975. – 168 с. 7. Писаренко Г. С., Руденко В. Н., Третьяченко Г. Н. Прочность материалов при высоких температурах – К. : Наук. думка, 1966. – 791 с. 8. Девин Л. Н., Вильгельм М. Прогнозирование вероятности разрушения резцов на основе КНБ // Сверхтвердые матер. – 1992. – № 6. – С. 41–46. 9. Породоразрушающий инструмент для геологоразведочных скважин: справочник / Н. И. Корнилов, В. С. Травкин, Л. К. Берестень и др. – М.: Недра, 1979. – 361 c. Поступила 06.06.17 УДК621.921-666.1 А. М. Кошкин, Д. В. Соколюк, В. В. Белорусец, В. Г. Полторацкий, канд. техн. наук, Т. Л. Кротенко1, А. И. Кодрик, канд. техн. наук; А. П. Денисенко2, Е. В. Калина3 1Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля НАН Украины, г. Киев 2Украинский научно-исследовательский институт гражданской защиты г. Киев 3Казенное производственное приборостроительное предприятие «Арсенал», г. Киев, Украина ЭФФЕКТИВНЫЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ АЛМАЗНЫМИ И АБРАЗИВНЫМИ ХОНИНГОВАЛЬНЫМИ БРУСКАМИ На основе анализа зернистости SiC (карбида кремния зеленого), используемого в качестве абразивного наполнителя при изготовлении хонбрусков для плосковершинного хонингования, применение измельченных частиц SiC для изготовления аналогичных брусков позволило обеспечить увеличение маслоёмкости, площади опорной поверхности и получить оптимальный ее микропрофиль. Ключевые слова: карбид кремния зеленый, измельчённые частицы, абразивный наполнитель, плосковершинное хонингование, оптимальная структура поверхностного слоя, маслоёмкость, площадь опорной поверхности, оптимальный микропрофиль поверхности.

Схожі ресурси