Расчет параметров стружкообразования и сил резания пластичных материалов

In addition to the kinematics and geometric parameters of the tool, parameters of chip formation and cutting forces lay the groundwork for theoretical analysis of various types of machining.The objective of research activities is to develop a calculation technique to evaluate parameters of chip formation and cutting forces when machining such plastic materials as structural carbon and alloy steels, and aluminum alloys. The subject of research activities is directly a cutting process, algorithms and calculation methods in the field under consideration. A theoretical (calculated) method to analyse parameters was used. The results of qualitative and quantitative calculations were compared with the published experimental data.As to the chip formation and cutting forces, a model with a single shear plane is analyzed, which allows a quantitative evaluation of the parameters and of the process factors. Modern domestic and foreign authors’ publications of cutting metals use this model on the reasonable grounds. The novelty of the proposed technique is that calculation of parameters and cutting forces does not require experimental research activities and is based on using the known mechanical characteristics of machined and tool materials. The calculation results are parameters, namely the shear angle, velocity factor of the chip, relative shift, friction coefficient at the front surface, cutting forces, etc. Calculation of these parameters will allow us to pass on to the thermo-physical problems, analysis of tool wear and durability, accuracy, quality and performance rate.The sequence of calculations is arranged in the developed user program in an algorithmic programming language with results in graphical or tabulated view. The calculation technique is a structural component of the cutting theory and is to be used in conducting research activities and engineering calculations in this subject area.Основой теоретического анализа различных видов механической обработки резанием, помимо кинематики и геометрических параметров инструмента, являются параметры стружкообразования и силы резания.Целью проведенных исследований является разработка расчетной методики параметров стружкообразования и сил резания при обработке таких пластичных материалов как конструкционные углеродистые и легированные стали, и алюминиевые сплавы. Предметом исследований является непосредственно процесс резания, алгоритмы и методы расчетов в рассматриваемой предметной области. Использован теоретический (расчетный) метод анализа параметров процесса. Результаты расчетов на качественном и количественном уровне сравнивались с опубликованными экспериментальными данными.Применительно к вопросам стружкообразования и силам резания проанализирована модель с единственной плоскостью сдвига, которая представляет возможность для количественной оценки параметров и показателей процесса. Эта модель обоснованно использована в современных литературных источниках по резанию металлов отечественных и зарубежных авторов. Новизна предложенного методического подхода заключается в том, что расчет параметров и сил резания не требует проведения экспериментальных исследований, и основан на использовании известных механических характеристик обрабатываемого и инструментального материалов. Результатами расчетов являются параметры: угол сдвига, коэффициент укорочения стружки, относительный сдвиг, коэффициент трения на передней поверхности, силы резания и др. Расчет этих параметров позволит перейти к теплофизическим задачам, анализу износа и стойкости инструмента, точности, качеству и производительности обработки.Последовательность расчетов организована в разработанной пользовательской программе на алгоритмическом языке программирования с результатами, представленными в графическом или табличном виде. Расчетная методика является структурной составляющей теории резания и предназначена для использования при проведении научных исследований и инженерных расчетов в этой предметной области

Расчет параметров теплофизики резания пластичных материалов

The thermal physics parameters and a cutting temperature belong to the output performances to characterise a process and allow a rational selection of machining modes and conditions. In machining hard-to-cut materials the utmost cutting temperature is a technological restriction and defines tool wear rate and intensity. The cutting temperature also has impact on the heat extension of tool and the finished machining.The subject is to study thermal physics parameters and cutting temperature when machining the plastic materials by a hard-alloy tool. The objective is to develop a technique to calculate these parameters. A calculation method for the analysis of process parameters is used.Calculation results for the cutting temperature were compared with experimental ones published in the literature sources. A novelty of the technique is that there is no need in conducting the experimental studies to calculate the thermal physics parameters. Calculation is based on using known mechanical and thermal physics characteristics of machined and tool materials. The calculation results are parameters, namely heat flow intensities in the conditional shear plane, on the contact surfaces of tool, temperatures of theses surfaces, averaged cutting temperature - depending on the cutting speed, thickness of cutting layer, tool wear value.A sequence of calculations is implemented in the developed software in the programming algorithmic language with results in graphic and tabular representations. The calculation technique is designed for conducting research activities and engineering designs in the field of machining.Параметры теплофизики и температура резания относятся к выходным показателям, характеризующим процесс и позволяют рационально выбрать режимы и условия обработки. При обработке труднообрабатываемых материалов предельная температура резания является технологическим ограничением и определяет скорость и интенсивность изнашивания инструмента. Температура резания также влияет на тепловое удлинение инструмента и погрешность чистовой обработки.Предметом исследования являются параметры теплофизики и температура резания при обработке пластичных материалов твердосплавным инструментом. Целью исследований является разработка методики для расчета этих параметров. Использован расчетный метод для анализа параметров процесса.Результаты расчетов по температуре резания сравнивались с опубликованными в литературных источниках экспериментальными данными. Новизна предложенной методики заключается в том, что для расчета теплофизических параметров не требуется проведения экспериментальных исследований. Расчет основан на использовании известных механических и теплофизических характеристик обрабатываемого и инструментального материалов. Результатами расчетов являются параметры: интенсивности тепловых потоков в условной плоскости сдвига, на контактных поверхностях инструмента, температуры этих поверхностей, усредненная температура резания – в зависимости от скорости резания, толщины среза, величины износа инструмента.Последовательность расчетов реализована в разработанной программе на алгоритмическом языке программирования с результатами, представленными в графическом или табличном виде. Расчетная методика предназначена для использования при проведении научных исследований и инженерных расчетов в предметной области механической обработки резанием

Алмазная лезвийная обработка оптических структурированных поверхностей на примере круговой линзы Френеля

Components of optical systems for various purposes include optical elements with structured surfaces, i.e. linear and circular Fresnel lenses. The objective of the conducted studies is to analyse design parameters and technological development of modes and conditions to ensure manufacturing circular Fresnel lenses with specified technology requirements.The subject of the study is a circular Fresnel lens, which has a thickness of 2 mm and a diameter of 76.7 mm; its processed profile consists of 126 concentric rings with a valley pitch equal to 0.3 mm. The profile depth of the rings varies from 2.1μm to 337.4μm, with the profile angle varying from 0.406 ° to 48.361 °. The lens material is polymethyl methacrylate (PMMA) - a tough amorphous polymer, which has high transparency, weather resistance, good physical-mechanical and electrical insulating properties.The article presents the results of applied research related to diamond machining of a Fresnel circular lens. Substantiates that there is a need to use an ultra-precise machine for lens processing and gives its main technical characteristics.The design features and recommended domestic and foreign diamond mono-crystalline cutters for preliminary and finishing processing of structured surfaces, including Fresnel lenses are analysed.The technology of diamond edge cutting machining of lenses is proposed, the modes and conditions of diamond turning to exclude finning are given.The results of metrological control have confirmed the requirements for the profile accuracy and the roughness of surfaces machined. The JSC "VNIIINSTRUMENT" has implemented the developed technology on the ultra-precise specialised NC machine and recommended its use in machining the structured plexiglass surfaces of various sizes for different purposes.К элементам оптических систем различного назначения относятся оптические элементы со структурированными поверхностями – линейные и круговые линзы Френеля. Целью проведенных исследований является анализ конструктивных параметров и технологическая отработка режимов и условий, обеспечивающих изготовление круговых линз Френеля с заданными техническими требованиями.Предметом исследования является круговая линза Френеля толщиной 2 мм и диаметром 76,7 мм с обработанным профилем, состоящим из 126 концентрических колец с шагом по впадинам, равным 0,3 мм. Глубина профиля колец варьируется от 2,1 мкм до 337,4 мкм, при этом угол наклона профиля изменяется в пределах от 0,406° до 48,361о. Материалом линзы является полиметилметакрилат (ПММА) -жесткий аморфный полимер, обладающий высокой прозрачностью, атмосферостойкостью, хорошими физико-механическими и электроизоляционными свойствами.В статье приведены результаты технологических исследований по алмазной лезвийной обработке круговой линзы Френеля. Обоснована необходимость использования сверхточного станка для обработки линзы и приведены его основные технические характеристики.Проанализированы конструктивные особенности и рекомендованы алмазные монокристаллические резцы отечественного производства и зарубежной фирмы для предварительной и финишной обработки структурированных поверхностей, в том числе линзы Френеля.Предложена технология лезвийной алмазной обработки линз, приведены режимы и условия алмазного точения, исключающие образование заусенцев.Результаты метрологического контроля подтвердили предъявляемые требования по точности профиля и шероховатости обработанных поверхностей. Разработанная технология была реализована в ОАО ”ВНИИИНСТРУМЕНТ” на сверхточном станке со специализированным числовым программным управлением и рекомендована для использования при обработке структурированных поверхностей из оргстекла различных типоразмеров и назначения