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 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |

Технологическое обеспечение стойкости металлорежущих пластин при обработке заготовок из специальных материалов

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Мокрицкий Борис Яковлевич

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СТОЙКОСТИ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ ПЛАСТИН ПРИ ОБРАБОТКЕ ЗАГОТОВОК ИЗ СПЕЦИАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Специальность 05.02.07 – Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени

доктора технических наук

Иркутск, 2011

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Комсомольский – на – Амуре государственный технический университет» (ГОУВПО «КнАГТУ).

Официальные оппоненты (по алфавиту) Доктор технических наук, профессор Киричек Андрей Викторович (Орловский ГТУ, г. Орёл) Доктор технических наук, профессор Куликов Михаил Юрьевич (МИИТ, г. Москва), Доктор технических наук, профессор Табаков Владимир Петрович (Ульяновский ГТУ, г. Ульяновск)
Ведущая организация Институт материаловедения хабаровского научного центра Дальневосточного отделения Российской академии наук

Защита состоится 20 апреля 2011 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.073.02 Иркутского государственного технического университета по адресу: 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, конференц-зал.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью организации, просим направлять по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Иркутского государственного технического университета.

Автореферат разослан ………

Учёный секретарь диссертационного совета,

профессор В.М. Салов

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы.

В машиностроении и других отраслях промышленности производительность труда, качество обработки и эффективность производства в значительной мере зависят от работоспособности применяемого металлорежущего инструмента. Требования к повышению работоспособности инструмента постоянно растут в связи с необходимостью повышения производительности и качества обработки, с появлением новых конструкционных материалов.

Существенное повышение работоспособности быстрорежущего и твердосплавного инструмента достигается за счет нанесения покрытий. Однако проблема обеспечения требуемого качества инструмента ещё далека от решения и наиболее остро стоит при обработке деталей из специальных (нетиповых) конструкционных материалов, в том числе труднообрабатываемых. Например, металлорежущие пластины, выпускаемые ведущими в мире инструментальными фирмами (Sandvik Coromant, Metallwork Plansee, Krupp Widia, Kennametall, Balzers, Cimicon, Metaplas и др.) не обеспечивают необходимую работоспособность инструмента при токарной и фрезерной обработке деталей из титановых сплавов, судостроительных сталей, высокопрочных чугунов, специальных сплавов типа стеллит, сормайт и т.д. Применение наноструктурированных инструментальных материалов и нанометрических слоёв покрытий вносят положительный вклад в решение проблемы повышения работоспособности инструмента, но не исчерпывают её для указанных групп труднообрабатываемых материалов, однако поднимают цену на инструмент настолько, что в цене продукции затраты на инструмент достигают 30-70%.



Вопросами повышения работоспособности инструмента занимались многие отечественные и зарубежные исследователи, в том числе: Бабичев А.П., Базров Б.М., Безъязычный В.Ф., Беккер М.С., Бобров В.Ф., Бржозовский Б.М., Верещака А.С., Верхотуров А.Д., Григорьев С.Н., Гуревич Д.М., Евсеев Д.Г., Заковоротный В.Л., Зорев Н.Н., Кабалдин Ю.Г., Клушин М.И., Ким В.А., Киричек А.В., Костецкий Б.И., Колесников В.И., Куликов М.Ю., Куфарев Г.Л., Кудинов В.А, Лоладзе Т.Н., Макаров А.Д., Овсеенко А.Н., Петрухин С.С., Подураев В.Н., Промптов А.И., Резников А.Н., Старков В.К., Соломенцев Ю.М., Табаков В.П., Талантов Н.В., Питц Г., Трент В., Третьяков И.А., Шатерин М.А., Фадеев В.С., Эльясберг М.Е., Якубов Ф.Я., Iochen M. Schneider, Fuch M., Scheffer M., Gunterrez G и другие. Однако, разработанные технологии повышения стойкости инструмента в большинстве случаев не обеспечивают получение желаемого результата при обработке деталей из специальных материалов, что связано со сложностью и многофакторностью решаемых задач. Следовательно, проблема повышения работоспособности инструмента остается актуальной не только для специализированных инструментальных заводов, но и для машиностроительных предприятий широкого профиля.

Актуальность проблемы подтверждается ее включением в координационные планы научно-исследовательских программ «Авиационная технология» (1992 г), «Сибирь» (1988 г), «Дальний Восток России» (1996 г).

Целью работы является обеспечение стойкости металлорежущих пластин инструмента при токарной и фрезерной обработке деталей из специальных труднообрабатываемых сталей и сплавов за счёт разработки арсенала многостадийных технологий их изготовления из твёрдых сплавов, режущей керамики и сверхтвёрдых материалов.

Для достижения поставленной цели определены следующие задачи:

1. Разработать комплекс методов оценки качества инструмента и прогнозирования его работоспособности по параметрам контроля физико-механических свойств инструментального материала.

2. Выявить наиболее слабые элементы структуры инструментальных материалов, определяющих их прочность.

3. Разработать арсенал технологических методов (процессов) повышения периода стойкости на различных этапах изготовления металлорежущих пластин.

4. Апробировать разработанные технологические процессы в производстве.

Научная новизна работы состоит в:

а) предложенной концепции многостадийного упрочнения материала режущих пластин на различных этапах технологического процесса изготовления, включая стадию изготовления основы инструментального материала, стадию архитек-турирования покрытия и стадию упрочнения покрытия, причём многостадийность упрочнения обеспечивает управление эксплуатационными параметрами режущих пластин по градиенту свойств основы за счёт термообработки, термомеханического воздействия, вакуумной ионной бомбардировки и других приёмов, по градиенту свойств покрытия - за счёт слойности покрытия, чередования свойств в слоях покрытия, регулирования размера зёрен в слоях, применения материалов, композиций и методов нанесения покрытий, по снижению дефектности покрытия- за счёт ионного азотирования, лазерного воздействия и т.д.;

б) разработанной энергетической модели инструментального материала, позволяющей оценивать его способности накапливать и рассеивать подводимую энергию по критическому числу взаимодействий агрегаций до начала разрушения материала, сформулировать с этих позиций требования к инструментальному материалу, учитывать различия в условиях внешнего нагружения режущей пластины, в том числе, различия из-за непостоянства условий стружкообразования;

в) разработанном арсенале технологических методов (процессов) повышения периода стойкости металлорежущих пластин инструмента, который позволяет создать эффективный технологический процесс изготовления пластин в зависимости от заданных условий эксплуатации инструмента, и включает в себя:

- термообработку, ионное азотирование или другие воздействия на основу,

- управление количеством, составом, материалами, размером зёрен или толщинами слоёв при архитектурировании покрытия,

- вакуумную термообработку, ионное азотирование, лазерное воздействие или другие воздействия по снижению дефектности покрытия;

г) установлении вида связи сигналов акустической эмиссии с эксплуатационными показателями металлорежущих пластин и в разработке на этой основе совокупности методов оценки качества пластины и прогнозирования ее работоспособности, в том числе за счёт применения разных схем нагружения инструментального материала (индентирования или скрайбирования), контроля нескольких параметров сигналов акустической или экзоэлектронной эмиссии и выявления превалирующего механизма микроразрушения;

д) разработанных рекомендациях по сочетанию и совокупности технологических методов воздействия на металлорежущие пластины в процессе их изготовления, а также режимной области их применения, которые позволяют управлять эксплуатационными свойствами пластин и обеспечивать требуемую производительность при обработке деталей из конкретных марок специальных материалов назначением экономически целесообразного периода стойкости инструмента.

Обоснованность и достоверность полученных результатов исследований подтверждается совпадением расчётных и экспериментальных данных, экспериментальной проверкой моделей, согласованностью результатов с результатами других исследований в пограничных условиях и областях.

Полученные автором научные результаты обоснованы экспериментальными закономерностями, установленными при испытаниях широкого ассортимента инструментальных материалов для токарного и фрезерного инструмента и значительной номенклатуры обрабатываемых конструкционных материалов. При этом использованы современные методы исследования и инструментарий смежных научных специальностей. Достоверность выводов и научных результатов подтверждена большим количеством экспериментальных данных и широким объёмом внедрения разработок в промышленности.

Практическая ценность и реализация работы заключается в создании и внедрении в промышленность оригинальных высокоэффективных технологических процессов упрочнения инструментальных материалов для конкретных условий эксплуатации, а также в разработке рекомендации по режимам резания и областям применения различного упрочнённого инструмента при обработке деталей из специальных материалов. Большое значение для практики имеют разработанные оперативные методы оценки качества инструмента и прогнозирования его работоспособности. Экономический эффект от внедрения разработок в промышленность превысил миллион рублей (в ценах 1987...1994 годов), что в пересчете на текущий момент только за счёт учёта инфляционных процессов достигает 10 миллионов рублей. Новизна технических решений по конструкции (архитектуре) инструментальных материалов и способам их изготовления или упрочнения защищена более чем 40 изобретениями.

На защиту выносятся:

1. Концепция многостадийного упрочнения твёрдосплавного, керамического и сверхтвёрдого инструментального материала, позволяющая управлять работоспособностью токарного и фрезерного инструмента, что обеспечивает высокую эффективность обработки специальных материалов.

2. Арсенал технологических процессов изготовления режущих пластин, обеспечивающих выбор или создание высокоэффективного процесса для конкретных условий эксплуатации инструмента.

3. Энергетическая модель инструментального материала, позволяющая оценивать его способность накапливать и рассеивать подводимую энергию и критическое число взаимодействий зёрен и их агрегаций до начала разрушения материала.

4. Совокупность разработанных методов оценки качества инструмента и прогнозирования его работоспособности на основе установленных видов связи

сигналов акустической и экзоэлектронной эмиссии с эксплуатационными показателями инструмента.

Апробация работы.

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на международных, Всероссийских, республиканских, межрегиональных и региональных научно-технических конференциях, форумах и семинарах, например на Всесоюзной научно-технической конференции "Прогресссивные методы обработки резанием" (г. Ленинград, 1981г), "Новейшие достижения в резании, проектировании и изготовлении инструмента" (г. Свердловск, 1983г), "Повышение эффективности использования оборудования с ЧПУ" (г. Пермь, 1985г.), "Комплексная автоматизация и механизация" (г. Кемерово, 1984г.), "Структура и свойства материалов" (г. Новокузнецк, 1988г.), "Инструментальное обеспечение автоматизированного производства" (г. Москва, 1990г), «Теория и практика механической и электрофизической обработки материалов» (г. Комсомольск-на-Амуре, 2009 г), международной НТК «Проблемы и перспективы обработки материалов и заготовительных производств» (г. Комсомольск-на-Амуре, 2010 г).





Работа в разных стадиях завершённости докладывалась в Институте машиноведения и металлургии ДВО РАН, на расширенных заседаниях профилирующих кафедр Комсомольского-на-Амуре, Красноярского, Иркутского государственных технических университетов, Тихоокеанского государственного университета, Московского технического университета «СТАНКИН».

Реализация результатов.

Выполненные разработки внедрены на машиностроительных предприятиях ОАО «Амурский судостроительный завод» (г. Комсомольск-на-Амуре, изобретения защищы авторскими свидетельствами СССР №1324325, 1383621), ОАО «Амурлитмаш» (г. Комсомольск-на-Амуре), Томский инструментальный завод, использованы во ВНИИТС и НИИАвтопром.. Отдельные решения (изобретения, защищённые авторскими свидетельствами СССР №1342227, 1382175) по оценке качества инструментальных материалов внедрены в учебный процесс.

Личный вклад автора.

Обобщенный в работе материал является результатом исследований, выполненных автором лично, под его руководством (научное консультирование соискателей учёной степени кандидата технических наук Тараева С.П. и Мокрицкой Е.Б.), с непосредственным участием автора. Вклад автора является преобладающим в постановке проблемы и задач исследований, в получении экспериментальных данных, в анализе и обобщении результатов исследований, в разработке способов оценки качества инструмента и способов повышения его работоспособности.

Автор благодарен за помощь ряду сотрудников ВНИИТС, МГТУ «СТАНКИН», КнАГТУ. Особую признательность автор выражает профессорам Верещаке А.С., Кабалдину Ю.Г., Семашко Н.А. и заведующим лабораториями ВНИИТС Аникину В.Н. и Аникееву А.И.

Публикации. Основные положения работы опубликованы в 99 публикациях, в том числе в 3 монографиях, в 21 статье в журналах, рекомендованных ВАК, в 66 изобретениях.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка использованной литературы, приложения. Объем диссертации составляет 379 страниц, в том числе 130 рисунков и 85 таблиц.

Основное содержание работы

Во введении охарактеризована актуальность проблемы повышения работоспособности инструмента при лезвийной механической обработке специализированных конструкционных материалов.

В первой главе выполнен обзор и анализ работ по проблеме повышения работоспособности инструмента, механизмам его разрушения и изнашивания. В результате анализа сформулирована цель работы, поставлены задачи исследования.

Во второй главе проведена оценка влияния механики процесса резания на работоспособность инструмента при динамическом непостоянстве стружкообразования и условий нагружения инструмента. Стружкообразование принято в качестве процесса, совокупно отражающего состояние технологической системы резания. В основу анализа стружкообразования положена известная теория минимальной работы, сущность которой состоит в том, что разрушение металла при больших деформациях сдвига реализуется в той плоскости, где для этого требуется минимальная мощность. Это положение дополнено аксиомой о том, что работа, необходимая при резании для сдвига упрочненного в плоскости сдвига металла, может быть больше работы, необходимой для сдвига неупрочнённого металла.

Модель динамического непостоянства процесса стружкообразования при адаптации системы резания за счет изменения положения плоскости сдвига основана на неустойчивости сдвиговой деформации при пластическом (при термопластическом) деформационном упрочнении. В качестве исходной позиции для этого использованы положения Подураева В.Н., из которых следует, что при хрупком механизме стружкообразования скорость реализации акта сдвига элементарного объема стружки выше скорости реализации упругих деформаций инструмента. Разница этих скоростей и является причиной импульсного изменения силы резания, что переводит упругую систему из состояния циклического знакопеременного нагружения в состояние импульсного нагружения.

Оценка влияния непостоянства условий импульсного нагружения инструмента на его работоспособность на примере зубофрезерования (как наиболее циклически нагруженного процессе резания) показала изменение периода стойкости инструмента до 6 раз при срезании одинакового объёма металла. Установлено, что по ширине обода колеса микротвердость не постоянна, ее изменение не линейно, характер изменения микротвердости для встречного и попутного зубофрезерования различен. Рост микротвердости на 30 60 МПа характерен для периода врезания инструмента. Указанное позволяет заключить, что с ростом непостоянства условий нагружения инструмента всё более необходим учёт импульсного характера взамен традиционного знакопеременного циклического характера нагружения.

В третьей главе выполнено исследование механизмов разрушения инструмента на основе учёта взаимодействия агрегаций инструментального материала и приведены результаты теоретических исследований прочности элементов структуры различных инструментальных материалов. Использована зависимость (по Новикову Н.В.) напряжений в связующей фазе инструментальных материалов от коэффициента интенсивности напряжений и толщины прослойки. По аналогии, рассматривая зерно как дефект, можно определить разрушающее напряжение для зерен (твёрдой фазы) инструментального материала:

р = ,

где lkp - размер критического дефекта, К1с - коэффициент интенсивности напряжений.

Соответственно для границ разрушающее напряжение может быть определено по зависимостям:

для межкристаллитных границ

р = ,

для межфазных границ

р = ,

где В - напряжение у вершины трещины, обеспечивающее ее рост по хрупкому механизму (по Кремневу Л.С. и Майстренко А.Л.) разрушения, GЗ и GМ - модуль сдвига соответственно для зерна и связки, сдв -сопротивление пластической деформации.

Использование указанных зависимостей (при экспериментальном определении К1С методом микроиндентирования по моменту образования трещин в углах отпечатка при внедрении алмазной пирамидки на микротвёрдомере и величины критического дефекта lkp методом электронной фрактографии) позволяет рассчитать величину разрушающих напряжений для всех элементов структуры материала и, тем самым, выявить «наиболее слабое звено», т.е. тот элемент структуры, который первым исчерпает свою прочность при действующих условиях нагружения.

Результаты расчета разрушающих напряжений по различным элементам структур основных групп твёрдых сплавов приведены на рис.1. Анализ показывает:



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |
 

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.