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 производительности и качества обработки тел вращения из титановых сплавов методом высокоскоростного фрезерования и фрезоточения    

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Селиванов Александр Николаевич

 

 

 

ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ И КАЧЕСТВА ОБРАБОТКИ ТЕЛ ВРАЩЕНИЯ ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ МЕТОДОМ ВЫСОКОСКОРОСТНОГО ФРЕЗЕРОВАНИЯ
И ФРЕЗОТОЧЕНИЯ

 

 

Специальности: 05.02.07 – Технология и оборудование механической

и физико-технической обработки

05.02.08 – Технология машиностроения

 

 

 АВТОРЕФЕРАТ

 диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Саратов – 2011

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»

Научный руководитель – доктор технических наук, профессор

Насад Татьяна Геннадьевна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Шумячер Вячеслав Михайлович

кандидат технических наук, доцент

Царенко Марат Андреевич

Ведущая организация – Волгоградский государственный технический университет

Защита состоится «28» декабря 2011 г. в 13.00 часов на заседании диссертационного совета Д.212.242.02 в ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.» по адресу: 410054, ул. Политехническая, 77., корп.1, ауд.319.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А.»

Автореферат разослан « » ноября 2011 г.

Автореферат размещен на сайте ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»: http://www.sstu.ru « » ноября 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета А.А. Игнатьев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Развитие современной техники предполагает применение новых конструкционных материалов, обладающих высокой удельной прочностью, жаропрочностью, коррозионной стойкостью и другими специальными свойствами. Видное место среди них принадлежит сплавам на основе титана, сочетающим в себе комплекс важных физико-механических и химических свойств, выгодно отличающих их от сплавов на основе железа, никеля, алюминия и других металлов.

Замена конструкционных сталей на основе железа и алюминия на титановые сплавы (ТС) способна снизить вес изделия до 2 раз без потери прочности. Особенно это актуально в машино-, авиа-, ракето-, судостроении и энергетическом машиностроении, где общий вес изделия сказывается на экономичности машины.

Несмотря на уникальные свойства, которыми обладают ТС, их широкое применение в промышленности сдерживается целым рядом проблем, возникающих при обработке резанием:

  • малая производительность из-за низких скоростей резания (30-40 м/мин), образование сливной стружки, наростообразование на режущем инструменте, низкая стойкость режущего инструмента в 10 и более раз (до 1 мин и менее);
  • высокие температуры резания (800-1000 0С и выше) вызывают высокую химическую активность титана (при температурах выше 500 0С), что приводит к окалинообразованию, охрупчиванию, наводороживанию и короблению обрабатываемой поверхности, изменению структурного состава металла, образованию прижогов и микротрещин, самовоспламенению стружки при малом сечении (t S = 0,05 0,07 мм) и опасности взрыва пыли с концентрацией выше 50г титана на 1 м3 воздуха и её нагревания выше 33 0С;
  • образование сливной стружки вынуждает применять стружколомы, усложняющие конструкцию инструмента и геометрию режущих пластин;
  • использование большого количества смазочно-охлаждающих технологических сред (СОТС).

Основными способами борьбы с вышеперечисленными проблемами является снижение режимов резания и применение большого количества СОТС, что, в конечном итоге, сказывается на производительности, себестоимости изготавливаемой продукции и состоянии окружающей среды.



Разработка, изучение и внедрение прогрессивных способов обработки металлов резанием, в частности ТС, является одной из актуальных задач всей отрасли машиностроения.

Более 50 % выпускаемой продукции машиностроительных предприятий относятся к деталям типа тел вращения или имеют их конструктивные элементы. Обработка деталей такого типа осуществляется методом точения. Преимущества данного способа:

  • простая кинематическая схема, легко реализуемая на практике;
  • легкая и быстрая наладка оборудования и инструмента;
  • высокое качество и точность обрабатываемой поверхности.

Но наряду с преимуществами существуют серьёзные недостатки, которые заставляют задуматься об альтернативном способе обработки:

  • образование сливной стружки снижает стойкость инструмента, качество и точность обрабатываемой поверхности, затрудняет автоматизацию процесса;
  • наличие высоких температур ухудшает процесс обработки;
  • в процессе обработки возникают большие силы резания;
  • применение станков большой мощности;

Стремление избавиться от перечисленных недостатков привело к созданию новых схем обработки тел вращения с применением многозубых лезвийных инструментов (фрез).

Из основных критериев оценки эффективности резания следует, что наиболее производительными являются:

– силовое резание, протягивание, точение по методу Колесова;

– способы с компенсацией сил резания и применением многолезвийного инструмента;

– высокоскоростное резание (ВСР).

Исследованием ВСР занимались К. Саломон, В.Ф. Бобров, А. Командури, и др. Установлено, что применение ВСР способно повысить производительность обработки, стойкость режущего инструмента и качество обработанной поверхности (Ra 1,25-0,63 мкм), однако проведенные исследования касаются обработки плоских поверхностей деталей корпусного типа.

Изучением обработки тел вращения с применением фрезерного инструмента занимались Г. Шпура, Т. Штеферле, В.А. Полетаев, В.Н. Воронов, В.С. Иванов и др. Авторы в своих работах рассматривают вопросы, связанные с: изучением кинематических схемам обработки, стойкостью режущего инструмента, возможностью реализации схем на практике, динамической моделью, стружкообразованием. Но исследования проводились на обычных режимах обработки с использованием конструкционных сталей.

Вышеизложенное делает актуальным проведение исследований, связанных с разработкой комбинированного метода обработки деталей типа тел вращения с использованием в качестве режущего инструмента фрез и высоких скоростей резания для повышения производительности и качества обработки деталей типа тел вращения из труднообрабатываемых материалов.

Цель работы: повышение производительности и качества обработки деталей типа тел вращения из труднообрабатываемых материалов методом высокоскоростного фрезерования и фрезоточения.

Методы и средства исследований. Теоретическими основами решения поставленных задач явились методы технологии машиностроения, процессов механической и физико-технической обработки, теории вероятности и математической статистики, методы проведения экспериментальных исследований, методы математического моделирования.

Экспериментальные исследования проводились с использованием многоцелевого станка модели 2206ВМФ4, пирометра мод. DT-8859, профилографа-профилометра модели «Калибр 42», микроскопа ЭПИГНОСТ. Обработка результатов измерений осуществлялась с помощью программ Grafula, Mathcad, Microsoft Excel.

Научная новизна:

    • построена кинематико-геометрическая модель формирования профиля деталей типа тел вращения из труднообрабатываемых материалов методом высокоскоростного фрезерования и фрезоточения, учитывающая кинематику процесса, режимы резания и геометрию режущего инструмента, обеспечивающая заданные параметры качества поверхности в сочетании с высокой производительностью;
    • разработана эффективная технология обработки деталей типа тел вращения из труднообрабатываемых материалов методом высокоскоростного фрезоточения и фрезерования, которая в сравнении с базовой обладает повышенной производительностью и более высоким качеством поверхности, что подтверждает проведенный анализ базовой и новой технологии на основе построения граф-структуры технологического процесса;
    • выявлены закономерности стружкообразования, определены значения коэффициента усадки стружки, исследованы температуры на обрабатываемой поверхности детали и установлено их влияние на производительность и качество обрабатываемой поверхности.

Практическая ценность и реализация результатов работы

Практическая ценность работы заключается:

  • в определении производительных схем обработки;
  • в возможности назначения рациональных режимов резания исходя из начальных условий процесса резания (схема резания, тип и геометрия режущего инструмента, качество обрабатываемой поверхности);
  • в разработке практических рекомендаций для внедрения рассматриваемой технологии на производстве с приведением технико-экономических расчётов, результаты переданы для внедрения на ОАО «Завод металлоконструкций» (ЗМК), ЭПО «Сигнал», ОАО «356 Авиационный ремонтный завод» (АРЗ).

Предложена новая технология обработки деталей типа тел вращения для авиационного машиностроения из труднообрабатываемых материалов на базе ЭПО «Сигнал», которая в сравнении с базовой обладает повышенной производительностью.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, из них: 3 в изданиях, рекомендованных перечнем ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 135 наименований. Объем диссертации 140 страниц, в том числе 83 рисунка, 25 таблиц и 3 приложений.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на 5 конференциях различного уровня: всероссийские: «Инновации и актуальные проблемы техники и технологий» (Саратов, 2009), «Совершенствование техники, технологий и управления в машиностроении» (Саратов, 2009); региональные: «Молодые ученые – науке и производству» (Энгельс, 2008), «Синтез инноваций: направления и перспективы» (Энгельс, 2009), а также на внутривузовских конференциях заседаниях кафедры «Технология и оборудование электрофизических, электрохимических методов обработки» ЭТИ СГТУ в 2008-2011 гг.

На защиту выносятся:

  1. Кинематико-геометрическая модель формирования профиля деталей типа тел вращения из труднообрабатываемых материалов методом высокоскоростного фрезерования и фрезоточения, обеспечивающая заданные параметры качества поверхности в сочетании с высокой производительностью.
  2. Технология обработки деталей типа тел вращения из труднообрабатываемых материалов методом высокоскоростного фрезоточения и фрезерования, которая в сравнении с базовой обладает повышенной производительностью и более высоким качеством поверхности.
  3. Результаты экспериментально-аналитических исследований процесса стружкообразования, температур на обрабатываемой поверхности детали и их влияние на производительность и качество.
  4. Практическая реализация метода высокоскоростного фрезоточения и фрезерования в условиях машиностроительного производства.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы, посвященной высокоскоростному фрезерованию деталей типа тел вращения из труднообрабатываемых материалов. Сформулированы цель исследования, научная новизна работы, практическая ценность. Приведены основные положения диссертации, выносимые на защиту.

В первой главе проведен сравнительный анализ высокопроизводительных методов обработки труднообрабатываемых материалов, способных достичь высокого качества поверхности (Ra 2,5-1,25). Установлено, что эффективность применения механических методов обработки повышается за счет введения дополнительных источников энергии (вибрация, нагрев заготовки, охлаждение инструмента) в зону резания, использования СОТС, разработки новых способов и схем обработки (ВСР), разработки новых инструментальных материалов с высокими эксплуатационными свойствами. Одним из перспективных направлений современного машиностроения является ВСР, т. к. высокие режимы резания способны увеличить производительность процесса, повысить точность и качество изготавливаемой продукции. Но реализация данной технологии применительно к телам вращения, имеющим асимметрию, затруднительна из-за невозможности вращать такие детали с высокой скоростью по причине возникающего дисбаланса. Переход от токарной операции к фрезоточению позволяет решить эту проблему, т. к. скорость резания будет зависеть от скорости вращения инструмента.

Во второй главе исследуется процесс формообразования деталей тел вращения на основе построения кинематико-геометрической модели. При обработке валов из ТС точением возникают проблемы, связанные с низкой производительностью, образованием сливной стружки в процессе резания, что снижает стойкость режущего инструмента, качество и точность обрабатываемой поверхности.

Рис. 1. Кинематика резания токарным резцом. nД – число оборотов детали, S – подача, t – глубина резания, Rz – высота шероховатости, – главный угол в плане, ’ – вспомогательный угол в плане




Зависимость величины остаточных микронеровностей Rz при работе токарным резцом запишем в виде выражения (1), при этом подачу S выразим через минутную подачу Sм и число оборотов детали nД:

(1)

Одним из способов повышения производительности и стойкости режущего инструмента является применение ротационного резания (рис. 2).

Рис. 2. Кинематика резания ротационным резцом: nД – число оборотов детали, nР – число оборотов режущей пластины, S – подача,
t – глубина резания, Rz – высота шероховатости, R – радиус режущей пластины резца

Преимуществом такого метода обработки является существенное увеличение стойкости режущего инструмента за счет постоянного обновления режущей кромки инструмента и увеличение производительности из-за возможности увеличения подачи S без потери качества обрабатываемой поверхности Rz. Недостатком данного метода по-прежнему является образование сливной стружки.

Решить данную проблему можно за счет разделения режущей кромки на отдельные сектора (рис. 3).

Рис. 3. Кинематика резания ротационным резцом с разделенной режущей кромкой. nД – число оборотов детали, nР – число оборотов режущей пластины, S – подача, t – глубина резания, Rz – высота шероховатости, R – радиус режущей пластины резца

Высоту остаточных микронеровностей Rz, образующихся в процессе обработки, можно рассчитать по формуле (2), где подачу S выразим через минутную подачу Sм и число оборотов режущей пластины nР с учетом числа режущих зубьев Z:

. (2)

Недостатком применения цельной режущей пластины являются сложности, связанные с ее изготовлением и поддержанием в рабочем состоянии. При поломке одного из режущих зубьев необходимо менять всю режущую пластину.

Для решения всех вышеперечисленных проблем и устранения недостатков каждой из схем обработки на примере схемы токарной обработки (рис. 1) зададим резцу вращательное движение, т.е. заменим токарный резец резцовой головкой (рис. 4).

Из рис. 4 видно, что обработка резцовой головкой сочетает в себе формообразование двух схем обработки: резание токарным резцом и резание ротационным резцом (рис. 1, 2). Вращательное движение режущего инструмента способствует снижению шероховатости, т. е. Rz1 Rz2.

 Кинематика резания резцовой-5
Рис. 4. Кинематика резания резцовой головкой

Для изучения кинематики процесса резания резцовой головкой воспользуемся уравнениями (1) и (2) и запишем их в виде системы уравнений, решая которую можно, рассчитать режимы резания для достижения заданного качества поверхности:

;
;

По результатам анализа литературных источников и научных трудов Ю.М. Ермакова, В.Н. Воронова, В.А. Полетаева, А.Д. Захарова, П.Р. Родина, Т. Штеферле, Sandvik Coromant и др. рассматриваются возможные схемы обработки деталей типа тел вращения (валов), проанализированы принципиальные схемы обработки валов с использованием в качестве режущего инструмента фрезы. Для каждой схемы обработки исследуется процесс образования остаточных микронеровностей, получены формулы для её расчета (табл. 1), по которым проводится анализ влияния параметров обработки на высоту остаточных микронеровностей (рис. 5).

 а б в г Рис 5. Зависимость-12
а б
 в г Рис 5. Зависимость высоты-13  в г Рис 5. Зависимость высоты огранки h-14
в г
Рис 5. Зависимость высоты огранки h от: а – от подачи S; б – радиуса детали Rд; в – радиуса инструмента rи; г – от углов резания ,


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.