Сибирский федеральный университет

Тип публикации: статья из журнала

Год издания: 2023

Идентификатор DOI: 10.31772/2712-8970-2023-24-3-570-588

Ключевые слова: milling, hard metal tools, mathematical modeling, complex surfaces, aluminum and titanium alloys, composites, processing quality, фрезерование, твердосплавный режущий инструмент, математическое моделирование, сложнопрофильные поверхности4 алюминиевые и титановые сплавы, композиты, качество обработки

Аннотация: Complex computational and experimental studies substantiate rational modes of milling of complex contour equiaxed surfaces with high accuracy of shape, dimensions and roughness parameters. Bars made of nanostructured carbide composite (produced by extrusion of WC-Co-Al2O3 bimodal powder mixtures) with increased strength, crack resistance and heat resistance were used as a workpiece material for the manufacture of new original tool designs. The combination of these properties is a necessary prerequisite for the effective operation of the developed designs of multi-blade cutters at high cutting speeds and under conditions of variable cyclic loads. A more complex kinematics of the joint rotational movement of the tool during milling dictates the need for new approaches when assigning rational cutting modes. To obtain reliable calculation formulas, numerical experiments were previously carried out, including simulation of the processing process using the VisualStudio integrated development environment, which supports WindowsForms technology. The ability to display graphical 3D objects was implemented using an additional software product in the form of the Open CASCADE geometric core. Numerical experiments using MathCAD software products and based on the analytical provisions proposed in the work made it possible to evaluate the influence of cutting conditions, geometric parameters of the cutting part of the tool (profile and number of teeth), kinematics of relative movement in the “tool - part” system on the shape of surfaces and contour parameters (roughness obtained during milling. A technique, algorithm and program for the automated calculation of cutting conditions has been developed, which has been verified during full-scale experiments and the manufacture of complex profile parts from aluminum alloys for drives of aerospace products (in the form of a RC profile and parts of a pinion transmission of guidance mechanisms). At the same time, on the basis of a 3D model of products, control programs for CNC machines were created using MasterCAM. The practical significance and technical and economic efficiency of the proposed design and technological solutions is to increase productivity and reduce the complexity of processing (in comparison with the basic options) through the use of new multi-edge carbide tools for high-speed milling (including when processing composite materials). Комплексными расчетными и экспериментальными исследованиями обоснованы рациональные режимы фрезоточения сложноконтурных равноосных поверхностей с высокой точностью формы, размеров и параметрами шероховатости. В качестве материала заготовки для изготовления новых оригинальных конструкций инструментов использовались прутки из наноструктурированного твердосплавного композита (полученные экструзией бимодальных порошковых смесей WC-Co-Al2O3) c повышенными показателями по прочности, трещиностойкости и термостойкости. Совокупность этих свойств является необходимой предпосылкой для эффективной работы разработанных конструкций многолезвийных фрез на высоких скоростях резания и в условиях переменных циклических нагрузок. Более сложная кинематика совместного вращательного движения инструмента при фрезоточении диктует необходимость новых подходов при назначении рациональных режимов резания. Для получения достоверных расчетных формул предварительно были проведены численные эксперименты, в том числе симуляция процесса обработки с использованием интегрированной среды разработки VisualStudio, в которой поддерживается технология WindowsForms. Возможность отображения графических 3D-объектов была реализована за счет дополнительного программного продукта в виде геометрического ядра Open CASCADE. Численные эксперименты с использованием программных продуктов MathCAD и основанные на аналитических положениях, предложенных в работе, позволили оценить влияние режимов резания, геометрических параметров режущей части инструмента (профиля и количества зубьев), кинематики относительного перемещения в системе «инструмент - деталь» на форму поверхностей и параметры контура (шероховатости, получаемые при фрезоточении. Разработана методика, алгоритм и программа автоматизированного расчета режимов резания, которая верифицирована при проведении натурных экспериментов и изготовлении сложнопрофильных деталей из алюминиевых сплавов для приводов изделий аэрокосмической отрасли (в форме РК-профиля и деталей цевочной передачи механизмов наведения). При этом на основании 3D-модели изделий создавались управляющие программы для станков с ЧПУ с использованием MasterCAM. Практическая значимость и технико-экономическая эффективность предложенных конструкторско-технологических решений для аэрокосмической отрасли заключается в повышении производительности и снижении трудоемкости обработки (в сравнении с базовыми вариантами) за счет использования новых многолезвийных твердосплавных инструментов для высокоскоростного фрезерования (в том числе при обработке композиционных материалов).

Журнал: Сибирский аэрокосмический журнал

Выпуск журнала: Т.24, №3

Номера страниц: 570-588

ISSN журнала: 27128970

Место издания: Красноярск

Издатель: Сибирский государственный университет науки и технологий им. акад. М.Ф. Решетнева

• Вакулин Максим Сергеевич
• Гордеев Юрий Иванович
• Ясинский Виталий Брониславович
• Бинчуров Александр Сергеевич
• Тимошев Павел Викторович

• РИНЦ (eLIBRARY.RU)
• Список ВАК