авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

Повышение точности изготовления отверстий в корпусных деталях из титановых сплавов твердосплавным инструментом

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Макашин Дмитрий Сергеевич

Повышение точности изготовления отверстий в корпусных деталях из титановых сплавов твердосплавным инструментом

Специальность 05.02.08 – Технология машиностроения

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Омск – 2011

Работа выполнена в ОАО «Высокие технологии» и на кафедре «металлорежущие станки и инструменты» ФГБОУ ВПО «Омский государственный технический университет»

Научный руководитель – доктор технических наук, профессор, Попов Андрей Юрьевич

Официальные оппоненты – доктор технических наук, доцент,

Рауба Александр Александрович

– кандидат технических наук, доцент,

Коньшин Дмитрий Владимирович

Ведущая организация – ОАО «ОМКБ»

Защита состоится «27» декабря 2011г. в 16.00 на заседании диссертационного совета Д 212.178.05 при ФГБОУ ВПО «Омский государственный технический университет» по адресу: 644050, г. Омск, пр. Мира, д. 11.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Омского государственного технического университета.

Автореферат разослан «___»____________2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

В. Б. Масягин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Для топливно-регулирующей аппаратуры, работающей при температурах, не превышающих 500, успешно применяются титановые сплавы. Главное преимущество титана и его сплавов перед другими материалами авиастроения состоит в сочетании высоких механических свойств и коррозионной стойкости с малым удельным весом. Это приводит к увеличению доли их использования для производства авиационной техники и постепенному вытеснению алюминиевые сплавов. Исследования и анализ чертежей деталей на агрегатостроительных заводах с 1960 по 2011 годы показали, что допуски изготовления отверстий в деталях из титановых сплавов уменьшились с 0,05–0,1 мм до 0,01–0,03 мм. Изучение литературных данных, а также производственный опыт на агрегатном предприятии ОАО «Высокие технологии» показал, что повышение точности изготовления таких труднообрабатываемых материалов, как титановые сплавы достигается за счет существенного повышения трудоемкости, связанной с увеличением числа операций и количества чистовых проходов. Снижение трудоемкости в этом случае возможно повышением точности обработки на предварительных операциях. Способы повышения точности обработки резанием изделий авиастроения широко рассматриваются в работах В. М. Кована, А. Л. Карунина, В. А. Лебедева, В. С. Корсакова и многих других. Получение отверстий занимает значительную долю при производстве топливно-регулирующей аппаратуры. Предварительную обработку отверстий принято осуществлять сверлением. Развитие процесса сверления связано с разнообразными изменениями конструкции режущего инструмента, а также с появлением высококачественного твердого сплава на основе субмикронных порошков. Способность твердых сплавов сохранять достаточно высокую твердость и сопротивляться деформированию при высокой температуре в сочетании с удовлетворительной прочностью является важным преимуществом перед другими инструментальными материалами. Физические свойства твердых сплавов сохраняются в значительной степени при повышении температуры, которая возрастает с увеличением глубины сверления.





Внедрение современного оборудования и дорогостоящего инструмента при обработке корпусных деталей требует принятия обоснованных решений по выбору параметров режущей части инструмента и определения взаимосвязи между режимом резания и точностью обработанной поверхности. Меры по повышению точности изготовления отверстий в деталях из титановых сплавов, разработанные автором, реализованы на существующих технологических возможностях производства.

Цель работы: повышение точности предварительной обработки отверстий при сверлении титановых сплавов за счет рационального выбора технологических параметров.

Объектом исследования является комплекс технологических параметров, влияющих на процесс сверления отверстий высокой точности, для изделий топливно-регулирующей аппаратуры авиационного назначения, изготовляемой из титанового сплава.

Основными задачами исследования являются:

  1. определение технологических параметров, существенно влияющих на точность сверления титановых сплавов;
  2. определение рациональных значений технологических параметров и методических указаний по их выбору, позволяющих повысить точность до 0,5% от диаметра отверстия при сверлении титановых и других вязких материалов;
  3. разработка технологии и технологических рекомендаций, позволяющая серийно изготовлять твердосплавные сверла с точностью диаметра до 10 мкм.

Методы исследования.

В работе использованы: метод регрессионного и дисперсионного анализа, а также метод случайного баланса. Работа выполнялась в соответствии с научными основами технологии машиностроения и принципами технологической подготовки производства. С помощью контрольно-измерительной машины КИМ-750 произведено измерение и сравнение отклонений от цилиндричности отверстий, получаемых сверлением инструментом с различной геометрией и при разных режимах резания. Применение контактного датчика станка типа Renishaw позволило экспериментально установить длину крепления инструмента для получения допустимого радиального биения режущей части.

Научная новизна заключается в комплексном подходе к повышению точности обработки корпусных изделий из титанового сплава, а именно:

  1. в определенных рациональных значениях и методических указаниях, позволяющих определить геометрические параметры сверла и режимы резания, обеспечивающих точность при обработке титановых сплавов до 0,5% диаметра отверстия;
  2. в установленном влиянии процесса стружкообразования на точность обработки при сверлении титановых сплавов;
  3. в найденных регрессионных зависимостях, позволяющих определить минимально допустимую длину крепежной части концевых режущих инструментов с цилиндрическими хвостовиками, при которой достигается минимальное радиальное биение при зажиме их в цанговом патроне.

Положения выносимые на защиту:

  1. обоснованная и усовершенствованная технология обработки деталей для топливно-регулирующей аппаратуры на обрабатывающем центре;
  2. разработанная конструкция сверла для обработки титановых сплавов, при сверлении которым достигается точность до 0,5% от диаметра получаемого отверстия;
  3. установлено, что для повышения точности отверстия обработку титанового сплава нужно производить, уменьшая скорость резания, увеличивая при этом глубину цикла сверления;
  4. методические указания по выбору длины крепления и режима шлифования для производства осевого монолитного твердосплавного инструмента повышенной точности на шлифовально-заточном станке.

Практическое значение работы:

  1. разработана конструкция сверла для обработки топливно-регулирующей аппаратуры, изготовленной из титанового сплава, позволяющая получать отверстия высокой точности;
  2. разработаны методические указания, позволяющие уменьшить радиальное биение при использовании прецизионных цанг для крепления осевого инструмента;
  3. разработаны методические указания для определения режимов шлифования, позволяющие уменьшить время и увеличить точность изготовления инструмента до 10 мкм.

Реализация и внедрение результатов работы.

По теме диссертации опубликованы 7 печатных работ. Из них 3 работы в журналах, входящих в перечень ВАК.

Научные и практические результаты использованы при технологии производства топливно-регулирующей аппаратуры из титанового сплава на современном обрабатывающем оборудовании, а также внедрены методические указания для производства и переточки твердосплавного осевого инструмента на ОАО «Высокие технологии» г. Омск.

Работа была представлена на конкурс У.М.Н.И.К. и получила финансирование для развития на 2012, 2013 годы.

Описание структуры работы.

Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных литературных источников, содержащего 130 наименований и приложения – актов внедрения результатов работы. Диссертация содержит 81 рисунок и 32 таблицы. Общий объем работы – 165 страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, рассмотрена научная исследованность в данной отрасли, сформулированы цели и задачи работы.

В первой главе рассматриваются факторы, влияющие на точность обработки и возможные схемы получения резанием отверстий. Показано, что уменьшить высокую трудоемкость обработки титановых сплавов можно, уменьшая количество операций для достижения требуемой точности, например повышением точности обработки сверлением с последующим растачиванием отверстия. Следует учитывать, что расточной резец имеет высокую стоимость, поэтому им необходимо снимать минимальный и постоянный припуск для повышения его стойкости. Фирмы-производители режущего инструмента рекомендуют оставлять на растачивание титановых сплавов припуск 0,02–0,03 мм на диаметр. Следовательно, точность предварительной обработки сверлением необходимо уменьшить до отклонения формы отверстия 0,02–0,03 мм.

Обосновано, что точность предварительной обработки сверлением можно оценить отклонением от цилиндричности и разбросом диаметральных размеров отверстия. Определены дефекты отверстия, возникающие при сверлении, которые влияют на последующую обработку резанием. Показано, что по виду стружки можно судить о качественной стороне протекания процесса резания. Определение вида стружки происходит за короткий промежуток времени без использования специальных приспособлений, что позволяет предварительно оценить качество обработанной поверхности без существенного увеличения времени наладки. Анализ литературных данных показал отсутствие рекомендаций по использованию вида стружки как критерия оценки точности обработанного отверстия. Разработка подобных критериев может быть использована для диагностики правильности выбора технологических параметров при сверлении титановых сплавов.

Сформулированы основные требования, цели и задачи исследования по совершенствованию конструкции режущего инструмента, его производства и технологии сверления корпусов для агрегатов авиационной аппаратуры из титановых сплавов.

Вторая глава посвящена предварительному исследованию влияния геометрических параметров режущей части, включая вершину спирального сверла, на отклонение от цилиндричности отверстия. При отсеивающем эксперименте, проведенным для определения конструктивных элементв, влияющих на точность сверления титановых сплавов, было выявлено, что доминирующим является угол наклона канавки . Определено, что уменьшение угла с 32° до 18° позволяет уменьшить отклонение от цилиндричности отверстия на 13 мкм. На нецилиндричность отверстия, также влияет ширина ленточки сверла. При ее увеличении с 0,04d до 0,14d уменьшается отклонение от цилиндричности на 7 мкм. Уменьшая угол при вершине сверла с 140° до 118° и длину поперечной режущей кромки с 0,18d до 0,06d, можно получить меньшее отклонение от цилиндричности приблизительно на 5 мкм. Передний угол подточки поперечной режущей кромки, осевой задний угол, обратная конусность, толщина сердцевины влияют слабее, чем другие параметры спирального сверла, что позволило исключить их из дальнейшего исследования и принять равными по ГОСТ 17274-71.

Проведение однофакторного дисперсионного анализа показало, что при круговой подточке поперечной режущей кромки сверла наблюдается наименьшее среднее значение отклонения от цилиндричности отверстия после сверления титанового сплава (рис. 1). При обработке сверлами с подточками формы А, В и С измерение нецилиндричности отверстия показало близкие значения.

 Среднее значение нецилиндричности-2

Рис. 1. Среднее значение нецилиндричности отверстия при глубине сверления равной диаметру инструмента при разных видах подточек поперечной режущей кромки

Получаемая стружка при обработке сверлами с различной формой подточки поперечной режущей кромки имеет разный вид. При сверлении инструментом с круговой подточкой образуется сливная стружка, превышающая длиной стружку после резания сверлами с подточкой формы А, В и С в 2,5 – 4 раза (рис. 2). Увеличение длины стружки уменьшает частоту изменения сил действующих на систему СПИД при сверлении, что объясняет уменьшение отклонения от цилиндричности отверстия.

a) b)

c) d) Стружка, полученная при обработке-6

Рис. 2. Стружка, полученная при обработке сверлами с разной подточкой поперечной режущей кромки: форма А (а), форма В (b),

форма С (c), круговая подточка (d)

Применение конической заточки задней поверхности вершины сверла позволяет уменьшить нецилиндричность отверстия после сверления на 1,7–4,3 мкм, чем при обработке с инструментом с двухплоскостной заточкой торца (рис.3).

 Среднее значение нецилиндричности-7

Рис. 3. Среднее значение нецилиндричности отверстия при глубине сверления равной диаметру инструмента при разных видах заточки вершины сверла

В третьей главе проводится разработка рациональной геометрии сверла для обработки титанового сплава при наиболее часто встречающейся глубине сверления, равной четырем диаметрам, с точностью до 0,5% диаметра отверстия. Методом регрессионного анализа получена формула для определения рациональных значений угла наклона винтовой канавки для любого диаметра сверла:

=(8.15049-0.189479d)/ 0.539864

Проведение однофакторного регрессионного анализа показало, что при уменьшении угла 2 с 140° до 112° цилиндричность отверстия диаметром 5 мм уменьшается с 35 мкм до 21 мкм с вероятностью 97,2% при глубине сверления 4d. Дальнейшее уменьшение угла 2 приводит к уменьшению точности сверления. Увеличение ширины ленточек с 0,06d до 0,1d позволяет уменьшить отклонение от цилиндричности с 32 мкм до 26 мкм. Применение дополнительных ленточек шириной от 0,04d до 0,06d дальше понижает значение нецилиндричности отверстия при обработке титанового сплава до 21 – 22 мкм. Уменьшение длины поперечной режущей кромки до 0,08d уменьшает отклонение от цилиндричности с 24 мкм до 21 мкм.

Точный анализ интенсивности влияния каждого геометрического параметра сверла при фиксированном значении других позволил вывести уравнение регрессии отклонения от цилиндричности и разработать конструкцию сверла, позволяющего получать отверстия с точность до 0,5% от диаметра инструмента (рис. 4). Нецилиндричность отверстия имеет регрессионную зависимость от конструктивных параметров сверла:

у=0.269932()2-8.15049+0.189479d·-17,53х41-4,788х42-

-3,9406·(2)+0,0176·(2)2-23,01х5,

где – угол наклона винтовой канавки;

d – диаметр сверла;

х41 – ширина основных ленточек сверла;

х42 – ширина дополнительных ленточек сверла;

2 – угол при вершине сверла;

х5 – длина поперечной режущей кромки.

 Разработанное сверло для обработки-10

Рис. 4. Разработанное сверло для обработки титановых сплавов

В результате исследования четырехпараметрической зависимости влияния режима резания титановых сплавов на отклонения от цилиндричности с использованием множественного регрессионного анализа установлено (с погрешностью, не превышающей 10%) степенное уравнение для различных диаметров сверл:

Получены графики, позволяющие определять рациональные значения режима резания при сверлении титанового сплава (рис. 5).

 Зависимость нецилиндричности-15

Рис. 5. Зависимость нецилиндричности отверстия от режимов резания при различных диаметрах сверления

Анализ получаемой стружки при обработке сверлами с различной геометрией и режимами резания показал, что уменьшение нецилиндричности отверстия наблюдается при сливном стружкообразовании, а увеличение – при переходе к элементному виду. Обобщение визуальной диагностики стружки, получаемой при проведенных экспериментах, позволило разделить стружку на 4 группы: сливную, переходную между сливной и псевдосливной, псевдосливную и элементную (рис. 6).

а) b) c) d) Вид стружки при сверлении-16 b) c) d)

Рис. 6. Вид стружки при сверлении титановых сплавов: a) сливная;

b) переходная между сливной и псевдосливной; c) псевдосливная; d) элементная

При образовании сливной стружки отклонение от цилиндричности достигает минимального значения, равного 20–30 мкм. Сверление отверстий с получением второй группы стружки позволяет получать нецилиндричность отверстия до 25–35 мкм. Сверление с образованием псевдосливной стружки позволяет достигать нецилиндричности 35–50 мкм. При обработке титановых сплавов с элементным стружкообразованием достигается отклонение от цилиндричности в пределах 45–55 мкм.

Проведенный сравнительный эксперимент применяемых конструкций сверл, зарекомендовавших себя наилучшим образом при обработке титановых сплавов, с разработанным инструментом позволил сделать заключение, что при обработке сверлом, выполненным по ГОСТ 17274-71, наблюдается отклонение от цилиндричности, выходящее за пределы допуска, равного 30 мкм. При обработке сверлами фирмы «Walter» серии В1420 и разработанным инструментом достигнута точность в пределах допуска от 20–30 мкм. При работе разработанным сверлом получено отверстие с точностью на 16% выше, чем при обработке сверлами фирмы «Walter» серии В1420.



Pages:   || 2 |
 



Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.