Вплив вібрацій різального інструмента на якість поверхні обрізаних листових матеріалів та методи їх мінімізації

Abstract

Предметом дослідження є вплив вібрацій різального інструмента на якість поверхні обрізаних листових матеріалів у процесі механічного оброблення, а також аналіз механізмів виникнення коливань і розроблення методів їх мінімізації для підвищення ефективності технологічних операцій у машинобудуванні. Мета роботи – обґрунтувати наукові підходи до прогнозування ресурсу різального інструмента й оптимізації режимів різання способом зменшення вібраційних навантажень, що дасть змогу підвищити якість обробки поверхні листових матеріалів, знизити виробничі витрати та запобігти дефектам обробки. Завдання: оцінити вібраційні властивості інструмента залежно від режимів різання та ступеня зносу; проаналізувати вплив коливань на шорсткість і дефекти поверхні (хвилястість, мікротріщини); розробити та протестувати методи мінімізації вібрацій, зокрема демпфувальні системи й ультразвукові коливання; визначити оптимальні умови оброблення для різних матеріалів. Методи: експериментальний аналіз із застосуванням акселерометрів для тривісного моніторингу вібрацій; профілометрія та мікроскопія з метою оцінювання якості поверхні; стохастичне моделювання зносу інструмента на основі статистичних показників; тестування демпфувальних систем (пружні муфти, демпфери) та ультразвукових коливань (20–30 кГц); порівняльний аналіз ефективності змащувально-охолоджувальних рідин. Результати дослідження: встановлено, що вібрації по осі мають найбільший вплив на формування дефектів поверхні, особливо внаслідок збільшення глибини різання та зносу інструмента; ультразвукові коливання (22 кГц, амплітуда 10 мкм) знижують тертя та стабілізують процес різання, покращуючи якість оброблених поверхонь; демпфувальні системи ефективно зменшують амплітуду коливань у критичних частотах (до 1,5 кГц); використання води як ЗОР виявилося ефективнішим за мастило для міді, оскільки знижує нерівності поверхні; розроблена вдосконалена модель торцевої фрези з демпфувальними елементами зменшує вібраційні навантаження та дефекти під час оброблення тонколистових матеріалів. Висновки: з досліджень випливає, що моніторинг вібрацій є ефективним інструментом для діагностики стану різального інструмента й оптимізації процесу різання; інтеграція демпфувальних систем і ультразвукових коливань дає змогу значно знизити вібраційні впливи, підвищити якість поверхні листових матеріалів і подовжити ресурс інструмента, що сприяє економічній ефективності виробництва та мінімізації дефектів обробки.

Keywords

• вібрації; різальний інструмент; якість поверхні; листові матеріали; знос; мінімізація коливань