Системно-структурний підхід до удосконалення конструкцій різальних інструментів

Лариса Євгеніївна Глембоцька; Наталія Олександрівна Балицька; Петро Петрович Мельничук; Олександр Леонідович Мельник; Георгій Миколайович Виговський

doi:10.26642/ten-2023-2(92)-60-66

Автор(и)

Лариса Євгеніївна Глембоцька Державний університет «Житомирська політехніка», Україна https://orcid.org/0000-0002-7234-4246
Наталія Олександрівна Балицька Державний університет «Житомирська політехніка», Україна https://orcid.org/0000-0003-1363-8110
Петро Петрович Мельничук Державний університет «Житомирська політехніка», Україна https://orcid.org/0000-0003-0361-756X
Олександр Леонідович Мельник Державний університет «Житомирська політехніка», Україна https://orcid.org/0000-0002-7081-7513
Георгій Миколайович Виговський Державний університет «Житомирська політехніка», Україна http://orcid.org/0000-0002-2199-5129

DOI:

https://doi.org/10.26642/ten-2023-2(92)-60-66

Ключові слова:

системний аналіз; торцева фреза; структурний підхід; конструкції фрез

Анотація

Проведено системний аналіз, який полягає в дослідженні різального інструмента, його елементів та взаємозв’язків між ними. Здійснено поелементний аналіз умов роботи торцевих фрез, де такі складові, як корпусна частина, хвостова частина, різальні ножі та їх розташування, розглядаються як одна система. Зокрема, надсистемою є технологічна система (верстат, пристосування, заготовка, інструмент), на яку впливають різні чинники – активні, проміжні діючі, реактивні та похідні. Для проведення аналізу було обрано стандартні торцеві фрези з круглими пластинами, які знаходять широке застосування в обробці різанням. Визначено та проаналізовано вплив окремо кожного елемента стандартної торцевої фрези на виникнення несприятливих умов різання. На основі цього аналізу запропоновано структурне удосконалення конструкцій торцевих фрез, в результаті якого було розроблено концепції щодо розробки нових конструкцій фрез з круглими пластинами за такими напрямами: підвищення стійкості інструмента, точності та продуктивності обробки, покращення якості поверхневого шару обробленої поверхні деталі. Структурний підхід складається з напрямів структурного удосконалення та основних елементів цих напрямів, із запропонованих доцільних змін технічних характеристик та їх теоретичного обґрунтування, з розробки технічних рішень та їх реалізації, можливих геометричних параметрів торцевих фрез. У результаті системно-структурного підходу до удосконалення конструкцій торцевих фрез розроблено декілька варіантів конструкцій для важкооброблюваних матеріалів.

Посилання

Vyhovskyi, H.M. (2012), «Osoblyvosti konstruiuvannia frez dlia vysokoshvydkisnoi obrobky», Visnyk ZhDTU. Ser. Tekhnichni nauky, № 4 (63), рр. 12–22.

Nastasenko, V.O. (2015), «Novi rizalni instrumenty z mekhanichnym kriplenniam bahatohrannykh neperetochuvanykh plastyn bokovoi skhemy rizannia», Pidiomno-transportna tekhnika, No. 4, pp. 37–46.

Melnychuk, P.P., Vyhovskyi, H.M., Hromovyi, O.A. et al. (2017), Pidvyshchennia efektyvnosti obrobky ploskykh poverkhon tortsevym frezeruvanniam, monohrafiia, ZhDTU, Zhytomyr, 277 p.

Denkena, B., Grove, T. and Pape, O. (2019), «Optimization of complex cutting tools using a multi-dexel based material removal simulation», Procedia CIRP, Vol. 82, pp. 379–382.

Arizmendi, M. and Jiménez, A. (2019), «Modelling and analysis of surface topography generated in face milling operations», International Journal of Mechanical Sciences, Vol. 163, 105061 p.

Moskvin, P., Balytska, N., Melnychuk, P. et al. (2017), «Kyrylovych Special features in the application of fractal analysis for examining the surface microrelief formed at face milling», Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, Vol. 2, No. 1 (86), pp. 9–15.

Pimenov, D.Y. (2014), «Experimental research of face mill wear effect to flat surface roughness», Journal of Friction and Wear, No. 35 (3), pp. 250–254.

Vyhovskyi, H., Plysak, M., Balytska, N. et al. (2021), «Engineering Methodology for Determining Elastic Displacements of the Joint “Spindle Assembly-Face Milling Cutter” While Machining Planes», Advanced Manufacturing Processes II. InterPartner 2020. Lecture Notes in Mechanical Engineering, Springer, Cham, pp. 258–268.

Gong, F., Zhao, J., Jiang, Y. et al. (2017), «Fatigue failure of coated carbide tool and its influence on cutting performance in face milling SKD11 hardened steel», International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, No. 64, pp. 27–34.

Hlembotska, L., Melnychuk, P., Balytska, N. and Melnyk, O. (2018), «Modelling the loading of the nose-free cutting edges of face mill with a spiral-stepped arrangement of inserts», Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, Vol. 1, No. 1 (91), pp. 46–54.

Hromovyi, O.A., Vyhovskyi, H.M. and Balytska, N.O. (2020), «Shliakhy udoskonalennia protsesu obrobky ploskykh poverkhon detalei frezeruvanniam», Tekhnichna inzheneriia, No. 2 (86), pp. 48–53.

Hlembotska, L., Balytska, N., Melnychuk, P. and Melnyk, O. (2019), «Computer modelling power load of face mills with cylindrical rake face of inserts in machining difficult-to-cut materials», Scientific Journal of TNTU, Vol. 93, No. 1, pp. 70–80.

Hlembotska, L.Ie. and Melnychuk, P.P. (2006), «Skhemy rizannia pry obrobtsi tortsevymy frezamy ploskykh poverkhon detalei z vazhkoobrobliuvanykh materialiv», Visnyk ZhDTU. Ser. Tekhnichni nauky, No. 3 (38), pp. 3–10.

Andersson, C., Andersson, M. and Ståhl, J. (2011), «Experimental studies of cutting force variation in face milling», International Journal of Machine Tools and Manufacture, No. 51 (1), pp. 67–76.

Beňo, J., Maňková, I., Vrábel, M. et al. (2012), «Operation Safety and Performance of Milling Cutters with Shank Style Holders of Tool Inserts», Procedia Engineering, Vol. 48, pp. 15–23.

Balytska, N.O., Batsman, O.A., Bondarchuk, V.M., Vyhovskyi, H.M., Hlembotska, L.Ie., Humeniuk, O.M., Melnyk, O.L., Melnychuk, P.P., Polonskyi, L.H., Somov, D.O. (2021), Konichnyi khvostovyk instrumenta Ukraina, MPK V23S 5/26 (2006.01), Pat. №148547, № U 2021 02025, zaiavl. 19.04.2021, opubl. 19.08.2021, Biul. № 33.

Hlembotska, L.Ie., Rizalnyi instrument, Ukraina, MPK(2007) V23S5/02, V23S5/16, Pat. 78120, № a 200504170, zaiavl. 29.04.2005; nadr. 15.02.2007, BIuL. № 2.

Kovalchuk, S.S. and Mazurets, O.V. (2009), «Systemnyi pidkhid do vykorystannia spetsializovanykh baz znan yak zasobu kompleksnoi strukturyzatsii prostoru rishen tekhnolohichnykh zadach», Aktualni problemy kompiuternykh tekhnolohii APKN-2009, zbirnyk naukovykh prats za materialamy III-oi vseukrainskoi naukovo-tekhnichnoi konferentsii, KhNU, Khmelnytskyi, pp. 62–68.

Dobrotvorskyi, S.S., Basova, Ye.V. and Dobrovolska, L.H. (2015), «Kompiuterne proektuvannia ta modeliuvannia tekhnolohichnykh protsesiv vysokoshvydkisnoho frezeruvannia zahartovanykh stalei», Visnyk natsionalnoho universytetu «Lvivska politekhnika», No. 822, pp. 1–6.

Список використаної літератури:

Виговський Г.М. Особливості конструювання фрез для високошвидкісної обробки / Г.М. Виговський // Вісник ЖДТУ. Сер. : Технічні науки. – 2012. – № 4 (63). – С. 12–22.

Настасенко В.О. Нові різальні інструменти з механічним кріпленням багатогранних непереточуваних пластин бокової схеми різання / В.О. Настасенко // Підйомно-транспортна техніка. – 2015. – № 4. – С. 37–46.

Підвищення ефективності обробки плоских поверхонь торцевим фрезеруванням: монографія / П.П. Мельничук, Г.М. Виговський, О.А. Громовий та ін. – Житомир : ЖДТУ, 2017. – 277 с.

Denkena B. Optimization of complex cutting tools using a multi-dexel based material removal simulation / B. Denkena, T.Grove, O.Pape // Procedia CIRP. – 2019. – Vol. 82. – P. 379–382.

Arizmendi M. Modelling and analysis of surface topography generated in face milling operations / M.Arizmendi, A.Jiménez // International Journal of Mechanical Sciences. – 2019. – Vol. 163. – P. 105061.

Moskvin P. Special features in the application of fractal analysis for examining the surface microrelief formed at face milling / P.Moskvin, N.Balytska, P.Melnychuk and other // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. – 2017. – Vol. 2, № 1 (86). – P. 9–15.

Pimenov D.Y. Experimental research of face mill wear effect to flat surface roughness / D.Yu. Pimenov // Journal of Friction and Wear. – 2014. – № 35 (3). – P. 250–254.

Vyhovskyi H. Engineering Methodology for Determining Elastic Displacements of the Joint «Spindle Assembly-Face Milling Cutter» While Machining Planes / H.Vyhovskyi, M.Plysak, N.Balytska and other // Advanced Manufacturing Processes II. InterPartner 2020. Lecture Notes in Mechanical Engineering. – Cham : Springer, 2021. – P. 258–268.

Gong F. Fatigue failure of coated carbide tool and its influence on cutting performance in face milling SKD11 hardened steel / F.Gong, J.Zhao, Y.Jiang and other// International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. – 2017. – № 64. – P. 27–34.

Hlembotska L. Modelling the loading of the nose-free cutting edges of face mill with a spiral-stepped arrangement of inserts / L.Hlembotska, P.Melnychuk, N.Balytska, O.Melnyk // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. – 2018. – Vol. 1, № 1 (91). – P. 46–54.

Громовий О.А. Шляхи удосконалення процесу обробки плоских поверхонь деталей фрезеруванням / О.А. Громовий, Г.М. Виговський, Н.О. Балицька // Технічна інженерія. – 2020. – № 2 (86). – С. 48–53.

Hlembotska L. Computer modelling power load of face mills with cylindrical rake face of inserts in machining difficult-to-cut materials / L.Hlembotska, N.Balytska, P.Melnychuk, O.Melnyk // Scientific Journal of TNTU. – 2019. – Vol. 93, № 1. – P. 70–80.

Глембоцька Л.Є. Схеми різання при обробці торцевими фрезами плоских поверхонь деталей з важкооброблюваних матеріалів / Л.Є. Глембоцька, П.П. Мельничук // Вісник ЖДТУ. Сер. : Технічні науки. – 2006. – № 3 (38). – C. 3–10.

Andersson C. Experimental studies of cutting force variation in face milling / C.Andersson, M.Andersson, J.Ståhl // International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 2011. – № 51 (1). – P. 67–76.

Beňo J. Operation Safety and Performance of Milling Cutters with Shank Style Holders of Tool Inserts / J.Beňo, I.Maňková, M.Vrábel and other // Procedia Engineering. – 2012. – Vol. 48. – P. 15–23.

Пат. №148547 Україна, МПК В23С 5/26 (2006.01). Конічний хвостовик інструмента / Балицька Н.О., Бацман О.А., Бондарчук В.М., Виговський Г.М., Глембоцька Л.Є., Гуменюк О.М., Мельник О.Л., Мельничук П.П., Полонський Л.Г., Сомов Д.О. – № U 2021 02025 ; заявл. 19.04.2021 ; опубл. 19.08.2021, Бюл. № 33.

Пат. №78120 Україна, МПК(2007) В23С5/02, В23С5/16. Різальний інструмент / Глембоцька Л.Є. – № а 200504170 ; заявл. 29.04.2005 ; надр. 15.02.2007, Бюл. № 2.

Ковальчук С.С. Системний підхід до використання спеціалізованих баз знань як засобу комплексної структуризації простору рішень технологічних задач / С.С. Ковальчук, О.В. Мазурець // Актуальні проблеми комп’ютерних технологій АПКН-2009 : збірник наукових праць за матеріалами III-ої всеукраїнської науково-технічної конференції. – Хмельницький : ХНУ, 2009. – C. 62–68.

Добротворський С.С. Комп’ютерне проектування та моделювання технологічних процесів високошвидкісного фрезерування загартованих сталей / С.С. Добротворський, Є.В. Басова, Л.Г. Добровольська // Вісник національного університету «Львівська політехніка». – 2015. – № 822. – С. 1–6.