Разработка канавочных резцов с режущими пластинами из нитридной керамики для высокопроизводительной обработки деталей из закаленных сталей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.07, кандидат технических наук Федоров, Михаил Юрьевич

• Федоров, Михаил Юрьевич
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Федоров, Михаил Юрьевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ КАНАВОЧНЫХ РЕЗЦОВ С КЕРАМИЧЕСКИМИ ПЛАСТИНАМИ ПРИ ОБРАБОТКЕ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ЗАКАЛЕННЫХ СТАЛЕЙ.

1.1. Выявление особенностей высокопроизводительной эксплуатации канавочных резцов.

1.2. Анализ основных закономерностей износа керамических пластин при* обработке деталей из закаленных сталей.

1.3. Исследование эффективности методов совершенствования резцов с керамическими пластинами.

1.4. Выводы. Постановка цели и задач исследования.

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАНАВОЧНЫХ РЕЗЦОВ С КЕРАМИЧЕСКИМИ ПЛАСТИНАМИ" ПРИ ОБРАБОТКЕ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ЗАКАЛЕННЫХ СТАЛЕЙ'.

2.1. Разработка методики исследования эксплуатационных показателей канавочных резцов с керамическими пластинами при обработке деталей из закаленных сталей.

2.2. Исследование стойкости канавочных резцов с керамическими пластинами при обработке деталей из закаленных сталей.

2.3. Исследование характера износа керамических пластин при прорезке канавок в деталях из закаленных сталей.

2.4. Выводы.

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРНЫХ КОНЦЕНТРАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЙ В ПЛАСТИНАХ ИЗ; НИТРИД НОЙ КЕРАМИКИ ПОД

ДЕЙСТВИЕМ СИЛОВЫХ И ТЕПЛОВЫХ НАГРУЗОК.

3.1. Разработка методики выявления структурных концентраторов напряжений в керамических режущих пластинах.

3.2. Исследование влияния силовых нагрузок на структурные концентраторы напряжений в пластинах из нитридной керамики.

3.3. Исследование влияния тепловых нагрузок на структурные концентраторы напряжений в пластинах из нитридной керамики.

3.4. Выводы.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА КАНАВОЧНОГО РЕЗЦА С РЕЖУЩЕЙ ПЛАСТИНОЙ ИЗ НИТРИДНОЙ КЕРАМИКИ ДЛЯ ОБРАБОТКИ

ДЕТАЛЕЙ ИЗ ЗАКАЛЕННЫХ СТАЛЕЙ.

4.1. Создание алгоритма проектирования канавочных резцов с керамическими пластинами для обработки деталей из закаленных сталей.

4.2. Разработка канавочных резцов с режущими пластинами из нитридной керамики для обработки деталей из закаленных сталей.

4.3. Исследование эксплуатационных характеристик разработанного резца с режущими пластинами из нитридной керамики при прорезке канавок в деталях из закаленных сталей.

4.4. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка канавочных резцов с режущими пластинами из нитридной керамики для высокопроизводительной обработки деталей из закаленных сталей»

Развитие промышленного потенциала России неразрывно связано с модернизацией предприятий машиностроительного профиля. Их технологическое перевооружение* предполагает значительное повышение эффективности производства на основе разработки и внедрения современных процессов. За последние десятилетия машиностроительное производство достигло значительного прогресса. Созданные высокоэффективные станочные системы позволяют повысить производительность механической г , обработки за счет высоких и сверхвысоких скоростей резания. Однако практическое использование этого потенциала значительно ограничивается эксплуатационными показателями режущих инструментов.

Новые технологии особенно востребованы для изготовления гидросистем двигателей, в состав которых входят топливные насосы высокого давления. Качество их изготовления во многом определяет экономичность и долговечность двигателей. Наиболее трудоемкой и ответственной операцией при изготовлении топливных насосов высокого давления является прорезка* малоразмерных канавок под уплотнители на втулках плунжеров. В отдельных случаях технологический процесс изготовления этих деталей включает более двадцати операций шлифования канавок в термообработанных заготовках, имеющих предварительно прорезанные канавки. Трудоемкость выполнения этих операций превышает 70% общего машинного времени. Поэтому разработка более производительных методов'прорезки канавок в деталях из закаленных сталей без снижения их качества имеет важное производственное значение.

Одним из вариантовфешения'этой задачи является применение резцов, оснащенных керамическими режущими пластинами, так как эти инструменты способны многократно* увеличить производительность чистовых операций обработки закаленных сталей. Как правило, эти операции характеризуются достаточно- простой схемой нагружения контактных площадок инструментов: При прорезке канавок генерируется сложный комплекс внешних нагрузок, который формирует в керамических пластинах неблагоприятное напряженно-деформированное состояние. Под действием этих напряжений резко увеличивается вероятность зарождения; эксплуатационных дефектов- роста", трещин, износа режущих пластин: и внезапных отказов ¿канавочных резцов: Это обстоятельство сдерживает широкое применение такого инструмента в условиях, высокого: уровням производственных требований.

В связи с этим, разработка; канавочных резцов с керамическими режущими1 пластинами для'; обработки; деталей из закаленных, сталей, способных . обеспечить замену операции шлифования на точение с многократным повышением производительности^ является актуальной, научно-технической задачей:

Целью работы является- разработка канавочных резцов с режущими; пластинами; из нитридной керамики, обеспечивающих повышение производительности обработки деталей из закаленных сталей, на основе целевого выбора геометрии резцов- состава керамики; состава и толщины покрытия.,

Научная новизна работы состоит в:

• в установленной взаимосвязи режимов прорезки канавок, силовых и тепловых нагрузок, геометрических параметров пластин, формы; и свойств, структурных элементов керамики, состава и толщины покрытия, твердости и свойств закаленных сталей со стойкостью канавочных, резцов, интенсивностью структурных концентраторов напряжений в режущих пластинах и характером их износа;

• в построенной модели износа керамических режущих пластин при прорезке канавок в деталях из закаленных сталей, связавшей в единый процесс этапы формирования структурных концентраторов напряжений^ появления и накопления поврежденностей, роста трещин., разрушения поверхностного слоя керамики и образования очага?износа;

• в созданном алгоритме проектирования канавочных резцов, основанном на снижении интенсивности структурных концентраторов напряжений в режущей пластине за счет целевого выбора геометрии резцов, структурных элементовкерамики, состава и толщины покрытия.

Практическая ценность работы заключается в:

• методике выявления структурных концентраторов напряжений в керамических режущих пластинах для их последующего проектирования;

• оригинальной конструкции канавочного резца с режущей' пластиной'-из нитридной' керамики, предназначенного для прорезки канавок в деталях из закаленных сталей;

• технологических рекомендациях по назначению режимов-резания; для« разработанных канавочных резцов.

Основные положения и результаты диссертационной* работы докладывались и обсуждались на всероссийских, международных и республиканских научно-технических конференциях: «Машиностроение — традиции и инновации - МТИ-2010, МТИ-2011» (Москва, 2010,2011), «Инновации в машиностроении» (Бийск, 2010) и. «Информационная поддержка, принятия» решений при управлении социальными и. природо-производственными объектами» (Архангельск, 2011). Разработанные канавочные резцы с режущими пластинами из нитридной керамики награждены бронзовой медалью на Международной выставке изобретателей (Китай, 2004).

В полном» объеме диссертация заслушана« и. одобрена на совместном заседании кафедр «Технологическое проектирование», «Высокоэффективные технологии обработки» и «Технология машиностроения» ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН». По результатам исследований! опубликовано 9 работ, в том числе три статьи в журналах, входящих в перечень ВАК. Отдельные разделы диссертации используются в учебном процессе МГТУ «СТАНКИН» при выполнении практических, курсовых и дипломных проектов.