621.914

торцеве фрезерування, комп’ютерне моделювання, DEFORM 3D
face milling, cutting forces, torque, difficult-to-cut materials, computer modelling, cylindrical rake face of the inserts.

В статті вирішується задача визначення силових характеристик процесу торцевого фрезерування шляхом комп’ютерного моделювання в середовищі DEFORM 3D. Досліджується вплив форми передньої поверхні круглих ножів торцевих фрез на площу контакту стружки з передньою поверхнею ножа, умови стружковідведення, динамічні силові навантаження як під час входу ножів в заготовку, так і після врізання. Підтверджується доцільність використання ножів з циліндричною передньою поверхнею в конструкції торцевих фрез, оскільки це обумовлює зменшення площі контакту стружки з передньою поверхнею ножа та покращення умов стружковідведення, в результаті чого, забезпечується зменшення динамічного силового навантаження на ножі, як в момент врізання в заготовку, так і під час різання. Оскільки застосування генераторної схеми різання для торцевих фрез з циліндричною передньою поверхнею ножів накладає обмеження по глибині різання, то для умов  оброблення з глибиною різання більше 1 мм пропонується ступінчаста схема різання. За допомогою комп’ютерного моделювання процесу фрезерування плоских поверхонь деталей з загартованої високоміцної сталі та титанового сплаву визначаються силові характеристики для умов роботи ступінчастою торцевою фрезою з циліндричною передньою поверхнею ножів та стандартною фрезою з круглими пластинами. Для ступінчастої фрези підтверджується зменшення як ударних навантажень під час врізання ножа, так і середніх значень складової P_z сили різання порівняно із стандартною фрезою для різних оброблюваних матеріалів. Зменшення крутного моменту від дії складової P_z створює передумови до зменшення ефективної потужності приводу головного руху верстата, що може бути використане для оброблення із збільшеними глибинами різання на верстатах малої потужності. Це може бути ще одним напрямом підвищення ефективності торцевого фрезерування важкооброблюваних матеріалів.
The paper deals with the problem of determining the power characteristics of face milling process by computer modelling in DEFORM 3D environment. The influence of the rake face shape of round face mill inserts on the contact area of the chips with the inserts surface, the conditions of the chip removal, the dynamic power loads both during the inserts entry into the workpiece and after the cutting are investigated. The efficient use of inserts with cylindrical rake face in the face mills designs proved, as these results in the decrease of the chip contact area with the inserts surface and improvement of the chip removal conditions. It results in the reduction of the tool dynamic force load, both at the time of entrance to the workpiece, and during cutting. Using computer modelling of the milling process for parts flat surfaces made from hardened high-strength steel and titanium alloy, strength characteristics are determined for the operation conditions with the stepped face mill with cylindrical rake face of the inserts and the standard mill with round inserts. For the stepped face mill the reduction of both impact loads during the entrance the insert to the workpiece and the average values of the component Pz of the cutting force is confirmed in comparison with the standard mills for the various processed materials. The reduction of torque from component Pz action creates the premises for reducing the effective power of the main movement of the machine drive, what can be used for machining with increased depth of cutting on low power machines. This may be another way of increasing the efficiency of the face milling of difficult-to-cut materials.

1. Маслеников И.А. Исследование напряженного состояния зоны стружкообразования с помощью программного комплекса ANSYS Workbench / И.А. Маслеников, Ю.А. Соколов, В.Н. Копаев // Обработка металлов резанием. – № 5-6 (71-72).–2012. – С. 18-23.
2. Мановицкий А.С. Расчет угла сдвига в статике при ортогональном свободном резании малопластичных углеродистых сплавов / А.С. Мановицкий // Процеси механічної обробки в машинобудуванні. Житомир, 2013. – №14 – С. 101–114.
3. Белозёров, В. А. Механика деформирования и разрушения при резании. / В.А. Белозёров, М.Х. Утешев, А.Н. Калиев; под ред. М. Х. Утешева. — Том II. Обработка инструментами из СТМ. — Тюмень : ТюмГНГУ, 2012. — 128 с.
4. Железнов Г.С. Определение угла сдвига при резании металлов. – Известия Вузов. Изд. “Машиностроение”, №4–6, 1998.–С. 105–108.
5. Виговський Г. М. Особливості косокутного безвершинного різання / Г.М. Виговський, П.П. Мельничук // Вісн. Житомир. інж.-технол. ін-ту. Техн. науки. - 1999. - № 10. - С. 134-145.
6. Клименко, С.А. Повышение производительности финишной обработки деталей лезвийным инструментом / С.А. Клименко // Вісник Житомирського державного технологічного університету. – 2017. – Том 2, № 2(80) – C. 56–66. DOI: 10.26642/tn-2017-2(80)-56-66. https://doi.org/10.26642/tn-2017-2(80)-56-66
7. Виговський Г. М. Коливання сил різання при обробці деталей торцевими ступінчастими фрезами / Г. М. Виговський // Вісн. Житомир. інж.-технол. ін-ту. Техн. науки. - 1999. - № 9 . - С. 28-32.
8. Ghorbani H., Moetakef-Imani B. Specific cutting force and cutting condition interaction modeling for round insert face milling operation // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2016. Vol. 84, Issue 5-8. P. 1705–1715. https://doi.org/10.1007/s00170-015-7985-2
9. Петросян Г.М., Чинь Минь Ты. Силы при фрезеровании торцовой фрезой с цилиндрическими передними поверхностями режущих элементов. // «Чистовая обработка деталей машин». Вып. 2. – Саратов, 1976. – С. 9–15.
10. Денисов Е.П. Повышение эффективности процессов точения на основе применения инструментов с цилиндрической передней поверхностью. – Дис. канд. техн. наук.по специальности 05.03.01. – Тула,  2004. – 188 с.
11. Манохин А.С. Силы резания при точении стали ШХ15 безвершинным инструментом из киборита / А.С. Манохин, С.А. Клименко // Процеси механічної обробки в машинобудуванні. Житомир, 2010. – №8 – С. 127–136.
12. Мельнийчук Ю. А., Клименко С. А., Манохин А. С. Влияние режимов обработки на силы резания при точении деталей из закаленной стали инструментом с цилиндрической передней поверхностью // Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем. 2011. Вип. 28. C. 39–43.
13. Мельничук П.П. Моделювання силових залежностей при торцевому фрезеруванні / П.П. Мельничук, Л.Є. Глембоцька // Вісник Тернопільського державного технічного університету. Тернопіль, 2008. – №3 – С. 78–87.
14. ГОСТ 24359-80. Фрезы торцовые насадные со вставными ножами, оснащенными пластинами из твердого сплава. Конструкция и размеры.
15. 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. – №1/1(91)2018. – P. 46–54. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.121712

1. Maslenikov I.A., Sokolov Yu.A., Kopaev V.N. Issledovanie napryazhennogo sostoyaniya zony struzhkoobrazovaniya s pomoshh'yu programmnogo kompleksa ANSYS Workbench, Obrabotka metallov rezaniem, No. 5-6 (71-72), 2012, pp. 18-23. [in Russian].
2. Manovickij A.S. Raschet ugla sdviga v statike pri ortogonal'nom svobodnom rezanii maloplastichnyx uglerodistyx splavov / A.S. Manovickij // Protsesy mekhanichnoi obrobky v mashynobuduvanni, Zhitomir, 2013,No. 14, pp. 101–114. [in Russian].
3. Belozyorov V.A., Uteshev M.X., Kaliev A.N. Mexanika deformirovaniya i razrusheniya pri rezanii, Tom II. Obrabotka instrumentami iz STM, Tyumen': TyumGNGU, 2012, 128 pp. [in Russian]
4. Zheleznov G.S. Opredelenie ugla sdviga pri rezanii metallov, Izvestiya Vuzov. Izd. “Mashinostroenie”, No. 4–6, 1998, pp. 105–108. [in Russian].
5. Vyhovskyi H. M., Melnychuk P.P. Osoblyvosti kosokutnoho bezvershynnoho rizannia, Visn. Zhytomyr. inzh.-tekhnol. in-tu / Tekhn. nauky, 1999, No. 10, pp. 134-145.
6. Klimenko, S.A. Povyshenie proizvoditel'nosti finishnoj obrabotki detalej lezvijnym instrumentom, Visnyk ZhDTU /Tekhnichni nauky, 2017, Vol 2, No. 2(80), pp. 56–66. https://doi.org/10.26642/tn-2017-2(80)-56-66
7. Vyhovskyi H. M. Kolyvannia syl rizannia pry obrobtsi detalei tortsevymy stupinchastymy frezamy, Visn. Zhytomyr. inzh.-tekhnol. in-tu / Tekhn. nauky, 1999,  No. 9, pp. 28-32.
8. Ghorbani H., Moetakef-Imani B. Specific cutting force and cutting condition interaction modeling for round insert face milling operation // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2016. Vol. 84, Issue 5-8. P. 1705–1715. https://doi.org/10.1007/s00170-015-7985-2
9. Petrosyan G.M., Chin' Min' Ty. Sily pri frezerovanii torcovoj frezoj s cilindricheskimi perednimi poverxnostyami rezhushhix e'lementov, «Chistovaya obrabotka detalej mashin», Saratov, Vol. 2, 1976, pp. 9–15. [in Russian].
10. Denisov E.P. Povyshenie e'ffektivnosti processov tocheniya na osnove primeneniya instrumentov s cilindricheskoj perednej poverxnost'yu. – Dis. kand. texn. nauk.po special'nosti 05.03.01., Tula, 2004, 188 pp. [in Russian]
11. Manoxin A.S., Klimenko S.A. Sily rezaniya pri tochenii stali ШХ15 bezvershinnym instrumentom iz kiborita, Protsesy mekhanichnoi obrobky v mashynobuduvanni Zhytomyr, 2010, №8, pp. 127–136.
12. Mel'nijchuk Yu. A., Klimenko S. A., Manoxin A. S. Vliyanie rezhimov obrabotki na sily rezaniya pri tochenii detalej iz zakalennoj stali instrumentom s cilindricheskoj perednej poverxnost'yu, Nadiinist instrumentu ta optymizatsiia tekhnolohichnykh system, 2011, No. 28, pp. 39–43.
13. Melnychuk P.P., Hlembotska L.Ye. Modeliuvannia sylovykh zalezhnostei pry tortsevomu frezeruvanni, Visnyk Ternopilskoho derzhavnoho tekhnichnoho universytetu, Ternopil, 2008, No. 3, pp. 78–87.
14. GOST 24359-80. Frezy torcovye nasadnye so vstavnymi nozhami, osnashhennymi plastinami iz tverdogo splava. Konstrukciya i razmery. [in Russian]
15. 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. – №1/1(91)2018. – P. 46–54. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.121712