Дослідження динамічних характеристик різання виробів з титанового сплаву ВТ6
Автор: Киричук Владислав Віталійович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Технології машинобудування
Інститут: Інститут механічної інженерії та транспорту
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2022-2023 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Об"єкт дослідження –динамічні характеристики різання виробів з титанового сплаву ВТ6. Мета роботи: Мета досліджень полягає у визначенні оптимальних параметрів різання титанового сплаву та конструктивних елементів системи ВПІД для зменшення амплітуди їх коливань. Проаналізовано причини виникання коливань в процесі оброблення різанням деталей із титанових сплавів. Оцінено вплив амплітуди та частоти коливань на якість поверхні деталі, стійкість інструмента та ресурс верстата. Відмічено оптимальні значення параметрів коливань для ефективного проведення технологічного процесу оброблення поверхні деталі із титанового сплаву ВТ6. Показано, що реологічне моделювання процесу різання сплаву титану в системі ДЕФОРМ та математичне моделювання процесу різання сплаву титану в системі MATLAB, де в якості сили збудження коливань чотиримасової коливальної системи ВПІД використовується апроксимоване значення сили різання отриманої із системи ДЕФОРМ, може бути ефективним методом забезпечення оптимальних параметрів різання титанових сплавів. Результати реологічного моделювання процесу різання сплаву титану в системі ДЕФОРМ дозволяють оцінити динаміку силового, напружено-деформаційного і термодинамічного стану інструмента з урахуванням заданих параметрів різання і властивостей оброблюваного матеріалу, що змінюються. Вихідними даними для моделювання різання в системі DEFORM є параметри різання, а саме швидкість різання, глибина різання та подача. Характерною особливістю при обробці титанових сплавів є схильність пружної системи ВПІД до інтенсивних вібрацій в першу чергу завдяки високій пластичності титанових сплавів, що сприяє появі специфічного процесу формування зубчастоподібної форми стружки. Кінцевим результатом реологічного моделювання є часова залежність сили різання, що апроксимується математичним виразом в служить вхідною величиною для математичної моделі системи ВПІД, а саме силою, що збуджує коливання цієї системи. Для визначення спектру амплітудо-частотних та фазо-частотних характеристик динамічного аналізу процесу різання використовується метод прямого перетворення Фур’є, що реалізований як функція в програмному середовищі MATLAB. Показано, що реакція окремих елементів системи ВПІД є різною на різні частоти збудження і, як відомо, залежить від близькості до резонансу окремих її елементів. Аналіз результатів дослідження показав, що наближення частоти власних коливань елемента системи ВПІД до частоти вимушуючої сили із вагомим значенням амплітуди (локального максимуму) призводить до значного збільшення амплітуди коливань інструменту відносно деталі (приблизно в 12 разів). Це суттєво впливає на точність та якість механічного оброблення (насамперед, на вібраційну складову шорсткості). Отримані результати математичного моделювання вказують на те, що для ефективного та якісного оброблення деталі, слід так забезпечувати власні частоти коливань елементів системи ВПІД, щоб вони були достатньо віддалені від максимальних амплітудно-частотних значень сили різання. Особливо це важливо для оброблення титанових сплавів, оскільки динаміка сили різання має чітко визначений синусоїдальний характер. З метою проведення експериментальних досліджень динаміки процесу різання титанового сплаву ВТ6 була розроблена та створена експериментальна установка, яка виконана на базі токарного верстата і складається із заготовки (матеріал ВТ6), токарного різця (матеріал ВК8), віброметричного давача (п’єзоакселерометр UC 507-1), 3-х кулачкового патрона, 2-х канального USB осцилографа (OWON VDS1022) та комп’ютера для реєстрації та зберігання експериментальних даних. Співставлення результатів моделювання та експериментальних даних дозволяє констатувати високий рівень адекватності теретичного и реального представлення вібраційних процесів, що відбуваються підчас механічної обробки титанового сплаву ВТ6. Основною ідеєю описаного наукового методу забезпечення точності та якості оброблюваних поверхонь в результаті механічного оброблення є визначення динаміки сили різання в одній з систем імітаційного моделювання (Deform, LSDyna, Abaqus) та розв’язання системи рівнянь чотиримасової системи, що дасть можливість уникнення резонансного зближення амплітудно-частотних характеристик вимушуючих та власних коливань системи ВПІД. Запропонований нами підхід у дослідженні вібраційних процесів, що відбуваються під час різання сплаву титану, полягає в тому, що ми пропонуємо поєднати аналітичне моделювання динаміки процесу різання з результатами імітаційного моделювання. Це, в кінцевому результаті, сприяє вирішенню двох основних завдань: визначення раціональних умов різання та вибір шляхів досягнення необхідної якості обробленої поверхні і прилеглого до неї шару, в якому були б збережені вихідні фізико-механічні властивості титанового сплаву або отримані інші їх значення, гарантуючі характеристики, необхідні продукту в потенційних умовах експлуатації.