Розроблено методику оцінки якості металорізального інструменту. Встановлено споживчі вимоги, фактори умов застосування, технічні показники. Показано, що фактором, що зв'язує всі питання, що цікавлять характеристики, є температура різання. На підставі цього створена модель якості збірних токарних різців.

Анотація наукової статті з механіки і машинобудування, автор наукової роботи - Сідуленко Олег Анатолійович, Остапенко Марія Сергіївна, Василега Дмитро Сергійович


The technique of estimating metal-cutting tool quality has been developed. The consumer requirements, application conditions factors, engineering performance were determined. It was shown that the factor connecting all the studied characteristics is cutting temperature. The model of the assembled turning tools quality was developed on this basis.


Область наук:
  • Механіка і машинобудування
  • Рік видавництва: 2011
    Журнал: Известия Томського політехнічного університету. Інжиніринг ГЕОРЕСУРСИ

    Наукова стаття на тему 'Квалиметрическая оцінка якості металорізального інструменту'

    Текст наукової роботи на тему «Квалиметрическая оцінка якості металорізального інструменту»

    ?УДК 658.562.012.7:658.563

    Квалиметрическим ОЦІНКА ЯКОСТІ металорізальні інструменти

    О.А. Сідуленко *, М.С. Остапенко, Д.С. Василега

    Тюменський державний нафтогазовий університет * Томський політехнічний університет E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Розроблено методику оцінки якості металорізального інструменту. Встановлено споживчі вимоги, фактори умов застосування, технічні показники. Показано, що фактором, що зв'язує всі питання, що цікавлять характеристики, є температура різання. На підставі цього створена модель якості збірних токарних різців.

    Ключові слова:

    Управління якістю, кваліметрія, металорізальний інструмент, температура різання. Key words:

    Quality management, qualimetry, metal-cutting tool, cutting temperature.

    Суттєвою проблемою кваліметрії є визначення показників якості та взаємозв'язків між ними. Особливо гостро дана проблема стоїть для галузей, які виробляють наукомістку продукцію.

    Існує і ще одна проблема, пов'язана з критеріальним відбором показників якості. Фахівці з управління якістю недостатньо уваги приділяють оцінці і визначення основних показників якості продукції, найбільш важливих для споживача, наприклад, показників призначення і функціональності в зв'язку зі складністю їх однозначного визначення. Вони концентрують свою увагу на показниках, які легко визначити, але які не мають для споживача вирішального значення, наприклад, показниках стандартизації та уніфікації, патентно-правових і т. Д. Це більшою мірою відноситься до наукомісткої продукції. Ще більш гостро дана проблема відчувається в сфері виробництва засобів виробництва, зокрема, металорізального інструменту.

    В даний час оцінка якості металорізального інструменту не проводиться в зв'язку з відсутністю таких методик і складністю однозначного визначення показників якості металорізального інструменту, а рішення про вибір інструменту приймаються на основі суб'єктивної думки фахівців підприємств або за результатами експерименту, що в першому випадку призводить до великої ймовірності помилок , а в другому - до великих економічних і тимчасових витратах.

    Таким чином, виникла нагальна потреба в розробці методики оцінки якості і визначення показників якості металорізального інструменту, які будуть відображати всі важливі характеристики створюваного продукту, а найголовніше - взаємозв'язку між ними. У даній роботі рішення цих задач розглянуто на прикладі збірних токарних різців.

    У загальному вигляді оцінку якості проводили за наступним алгоритмом, рис. 1.

    Мал. 1. Алгоритм процесу оцінки якості металорізального інструменту

    Реалізацію даного алгоритму необхідно починати з встановлення потенційних споживачів продукції та виявлення ризиків припинення існування даної продукції на ринку. Ринок ріжучого інструменту, як товару промислового призначення, відрізняється від ринку товарів широкого споживання наступними характеристиками: на ньому менше покупців; ці нечисленні покупці більше і сконцентровані географічно. В основному, - це великі промислові центри.

    В результаті проведених нами логістичних досліджень інструментальних служб машинобудівних підприємств була встановлена ​​наступна структура застосовуваного на підприємствах ріжучого інструменту за видами: токарні різці - 25%, фрези - 18%, свердла - 11%. Ці результати добре узгоджуються зі структурою світового ринку, де, як відомо, металообробні інструменти складають: 23% -резци, фрези - 17%, свердла - 13% - від загального обсягу [1].

    У зв'язку з тим, що домінуюча складова ринку даного інструменту доводиться на токарні різці, доцільно розглянути проблеми кваліметріческого аналізу ріжучого інструменту на їх прикладі.

    Частка покупного інструменту в системі інструментального забезпечення досліджуваних підприємств склала 82%, решта припадає на інструмент власного виготовлення. Незадоволеність якістю покупного інструменту досягає 70% від числа опитаних, при цьому ніхто не проводить попередньої оцінки якості інструменту при його придбанні. Питання якості інструменту, реалізованого в Росії, сьогодні стоїть особливо гостро. На ринку з'являється все більше інструменту фірм далекого зарубіжжя. Зростає пропозиція інструменту низької та середньої якості з Китаю і країн Південно-Східної Азії, а також високоякісного різального інструменту з Німеччини, Франції, Швеції та інших країн. У той же час, споживачі інструменту приділяють мало уваги оцінці якості придбаного інструменту, що пов'язано, в основному, з відсутністю об'єктивної методики його оцінки.

    Що стосується ризиків припинення існування даної продукції на ринку, то в даному випадку необхідний постійний моніторинг технологій, що представляють потенційні загрози. На сьогоднішній день таку загрозу несуть розробки в області нанотехнологій, які дозволяють виготовляти вироби і матеріали, виключаючи машинну обробку. Однак, нанотехнології такого рівня є поки тільки в окремих наукових лабораторіях і ще досить тривалий час будуть залишатися предметом фундаментальних досліджень. За нашими оцінками повністю або в значній мірі замінити металообробне обладнання та відповідно відмовитися від металорізального інструменту в найближчі 20-25 років буде неможливо.

    формування інформації

    про споживчі вимоги

    Формування списку споживчих вимог (ПТ) доцільно проводити на підставі опитувань споживачів. Існує три класи питань, використовуваних при анкетуванні потенційних споживачів [1]: питання з закритими відповідями, з відкритими відповідями і проміжні (альтернативні, що роз'яснюють, навідні і т. Д.).

    У даній роботі перевага була віддана питань з відкритими відповідями, т. К. Вони дають найбільш повну і точну інформацію, незважаючи на те, що питання з закритими відповідями легше обробляти.

    В результаті реалізації процедури формування списку ПТ сформульований список основних ПТ для токарних різців з збірними металорізальними пластинами (СМП):

    • Продуктивність.

    • Надійність.

    Структурування інформації, встановлення взаємозв'язків

    Побудови інформаційної моделі об'єкта передує етап збору всієї доступної інформації про об'єкт та умови застосування і т. Д. В рамках експертних процедур побудова цієї моделі розбиваємо на наступні етапи:

    • визначення факторів умов застосування (ФУП) однорідної продукції;

    • визначення технічних показників (ТП) однорідної продукції;

    • побудова і оцінювання зв'язків ТП з ПТ;

    • визначення зв'язків пар ТП-ФУП у вигляді обмежень.

    В результаті проведення експертної процедури визначення ФУП для токарних різців з СМП були встановлені наступні фактори умови застосування:

    • види оброблюваних поверхонь;

    • шорсткість обробленої поверхні;

    • глибина обробки;

    • характеристики оброблюваного матеріалу.

    В результаті експертної процедури для токарних різців з СМП були встановлені наступні технічні показники:

    • характеристики інструментального матеріалу;

    • а - задній кут;

    • г - радіус при вершині;

    • 8 = 90 ° -у- кут різання, де у- передній кут;

    •% = 90 ° + Я - кут між головною різальною крайкою і вектором швидкості, де Я - кут нахилу головної різальної крайки;

    • р - головний кут в плані;

    • е - кут при вершині;

    • / - товщина пластини;

    • наявність твердосплавної підкладки і її товщина;

    • схема базування і кріплення пластин.

    Зв'язок технічних показників і чинників умов застосування зі споживчими вимогами

    На відміну від багатьох видів продукції, вимоги споживачів відносяться більшою мірою не до самого металорізального інструменту, а до процесу різання (продуктивності). Тому для адекватної оцінки якості металорізального інструменту доцільно на даному етапі встановити та оцінити зв'язку споживчих вимог не тільки з технічними показниками, але і з факторами умов застосування, т. К. Деякі з них впливають на якість металорізального інструменту не тільки у вигляді обмежень, але і безпосередньо.

    Визначення основних споживчих вимог (продуктивності і надійності) утруднено навіть в виробничих умовах і неможливо на ранніх етапах створення інструменту. З огляду на те, що дані показники істотно залежать від оброблюваного матеріалу, правильного вибору інструментального матеріалу і правильного вибору режимів різання, природно припустити, що дані показники не є поодинокими показниками якості.

    Продуктивність визначається по формулі [2]:

    Пр = у ^, (1)

    де V - швидкість; я - подача; / - глибина різання.

    Визначення швидкості різання за допомогою стойкостних випробувань вимагає їх проведення в широкому діапазоні швидкостей, так як дані залежності носять складний нелінійний характер. У зв'язку з тим, що проведення таких випробувань необхідно для кожної пари інструментальний - опрацьований матеріал, дані випробування дуже тривалі за часом і дорогі. Тому, багато інструментальні фірми проводять дані випробування тільки для явних представників груп оброблюваності, що призводить до суттєвих помилок при визначенні швидкості для іншого представника цієї групи оброблюваності. У зв'язку з цим, налагодження технологічного процесу лягає на плечі споживача інструменту, що під силу тільки великим підприємствам.

    Для визначення одиничних показників якості збірного інструменту проведено аналіз робіт з вивчення процесу різання і збірного інструменту [3-7], в результаті якого виявлено, що глибина різання встановлюється технологічними вимогами в кожному конкретному випадку, а також те, що, подача встановлюється в залежності від вимог до шорсткості обробленої поверхні при чистової обробки і в залежності від глибини різання і товщини пластини при чорновому точінні. Швидкість різання, в свою чергу, істотно залежить від цих параметрів і фізико-механічних характеристик, оброблюваних і інструментальних матеріалів, а також від геометрії інструменту (рис. 2).

    Мал. 2. Параметри, що впливають на продуктивність обробки матеріалу

    Аналіз взаємозв'язків явищ при різанні металів показав, що визначальним фактором є температура різання, так як, механічні характеристики оброблюваного та інструментального матеріалу істотно змінюються

    від температури, а оптимальна температура різання для пари інструментальний - опрацьований матеріал залишається постійною незалежно від геометрії інструменту, глибини і подачі. Взаємозв'язок температури різання і основних показників якості збірного інструменту добре описується емпіричною формулою [8]:

    0 =

    76,7у ° -5УД4Л10 / -18

    ,0,05 "0,01? 0,06

    (2)

    а-г-Л8 °

    Рівень сучасних вимог до якості зумовлює розвиток формули (2), а саме, врахування низки важливих теплофізичних і геометричних характеристик інструментального і оброблюваного матеріалу. Експериментальні дослідження [12] впливу даних факторів натемпе-ратуру різання дозволили уточнити (2), яка отримала такий вигляд:

    0 =

    145 / -5У-'УД0 / 'У'34

    5) 0,21 0,05 0,01 с0,06

    До а Г- 8 '

    А0

    (3)

    де Ао і АІ-коефіцієнти теплопровідності для оброблюваного та інструментального матеріалів, відповідно.

    З огляду на, що при визначенні якості збірного інструменту будуть використовуватися відносні показники якості, постійними величинами можна знехтувати. Висловивши з формули (3) швидкість, отримаємо

    \ 1,724 1 0,6-1 0,362 "0,086 ..0,017? 0,086

    = 01,, 24АГЯ0

    . 0,086 0,017 г ', »-

    а г 8 • х

    < 1

    (4)

    Підставивши (4) в (1), в якому коефіцієнти вагомості всіх співмножників однакові, отримаємо

    0,575 |] 0,2 |] 0,121 ", 0,029" 0,006 х0,029 ^ 0,253 ^ 0,276

    Пр = 0 °, 5 / 5ао °, 2а;

    УХ;

    1

    V;

    0,195

    (5)

    В [8] встановлено, що кожен опрацьований матеріал має свою температуру максимальної оброблюваності, при якій спостерігаються мінімальна шорсткість обробленої поверхні і мінімальний знос інструменту. Дану температуру можна визначати по зміні однієї з фізико-механічних характеристик матеріалу в залежності від температури. Обробку матеріалу доцільно проводити при температурі різання, що відповідає температурі максимальної оброблюваності матеріалу, відповідно (5) набуде вигляду:

    0,575 |] 0,2 |] 0,121 ", 0,029" 0,006 х0,029 ^ 0,253 ^ 0,276

    Пр = І ^ А ^ А '

    г М.О. Про I

    х {Х

    УХ;

    1

    V;

    0,195

    (6)

    де 0м.о. - температура максимальної оброблюваності матеріалу.

    Облік властивостей надійності

    Надійність розуміється нами як засіб забезпечення прояви тих властивостей, заради яких продукція і створювалася, тобто властивостей функціональності. Даний показник враховується нами у вигляді сукупності коефіцієнтів, що мають безпосереднє відношення до надійності.

    Показниками надійності металорізального інструменту є стійкість (шлях різання) і безвідмовність. Як доведено в роботі [8], максимальний шлях різання досягається при правильному виборі інструментального твердого сплаву і режимів різання. Це забезпечується при збігу температури максимальної оброблюваності оброблюваного матеріалу і температури максимальної працездатності інструментального твердого сплаву і відповідним підтриманням заданої температури в зоні різання (призначенням відповідних режимів). Для того, щоб врахувати проблему правильного вибору інструментального твердого сплаву, від якого істотно залежать показники надійності - стійкість (шлях різання) і безвідмовність, - запропоновано ввести коефіцієнт температурної сумісності К.С. оброблюваного матеріалу і інструментального твердого сплаву.

    Також на показники надійності істотно впливають геометричні характеристики і схеми базування і кріплення; їх пропонується врахувати за допомогою коефіцієнта напруженості Кн.

    З огляду на вищесказане, при множенні ур. (6) на коефіцієнти надійності (коефіцієнти напруженості і температурної сумісності), отримаємо рівняння якості збірного інструменту з СМП:

    якість =

    Ч0, Ч0Д21а0,029 r0'006 50'029 s0'253 f-216 х

    Uz

    1

    Розроблена модель може використовуватися для вирішення наступних завдань з оцінки якості збірних токарних різців:

    • вибір продукції при її придбанні;

    • вибір оптимального варіанта продукції для її розробки і постановки на виробництво;

    • визначення оптимальних показників якості;

    • планування розробки і освоєння нових видів продукції;

    • визначення найбільш раціональних шляхів підвищення і забезпечення якості.

    висновки

    Розроблено алгоритм оцінки якості металорізального інструменту. Встановлено споживчі вимоги, фактори умов застосування, технічні показники. Показано, що фактором, що зв'язує основні характеристики, є температура різання. Розроблено модель якості збірних токарних різців, в яку для обліку властивостей надійності введені коефіцієнт напруженості і коефіцієнт температурної сумісності. Методика дає можливість вибору найбільш якісного інструменту, який при максимальній стійкості буде забезпечувати оптимальну продуктивність.

    СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

    1. Адлер Ю.П. Якість і ринок, або Як організація налаштовується на забезпечення вимог споживачів. - Постачальник і споживач. - М .: РІА «Стандарти та якість», 2000. - 128 с.

    2. Зайцев Б.Г., Завгороднєв П.І., Довідник молодого токаря. - М .: Вища школа, 1976. - 368 с.

    3. Андрєєв В.М. Удосконалення ріжучого інструменту. -М .: Машинобудування, 1993. - 240 с.

    4. Верещака А.С. Працездатність ріжучого інструменту зі зносостійкими покриттями. - М .: Машинобудування, 1993. - 336 с.

    5. Юхимович І.А. Підвищення експлуатаційної ефективності інструмента на основі дослідження напружено-дефор-

    мировалось стану і міцності його ріжучої частини при різних видах стружкообразования: Дис. ... канд. техн. наук.- Томськ, 1999. - 198 с.

    6. Макаров А.Д. Оптимізація процесів різання. - М .: Машинобудування, 1976. - 278 с.

    7. Metal Machining theory and applications / T.H. Childs, K. Mae-kawa, T. Obikawa, Y. Yamane. - London: Arhold, 2000. - 403 c.

    8. Артамонов О.В., Василега Д.С., Остапенко М.С., Шрай-нер В.А. Працездатність інструментів і фізико-механічні характеристики інструментальних твердих сплавів і оброблюваних матеріалів / за загальною ред. М.Х. Втішити-ва. - Тюмень: Вид-во «Вектор Бук», 2008. - 160 с.

    надійшла 05.07.2010г.


    Ключові слова: управління якістю / квалиметрия / металорізальний інструмент / температура різання / quality management / qualimetry / metal-cutting tool / cutting temperature

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити