Повышение эффективности тонкого точения жаропрочных сплавов на станках с ЧПУ на основе исследования динамической прочности инструментов из СТМ тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.03.01, кандидат технических наук Белозёров, Владимир Анатольевич

• Белозёров, Владимир Анатольевич
• кандидат технических наук
• 2000

Заключение диссертации по теме «Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки», Белозёров, Владимир Анатольевич

Основные результаты работы могут быть сформулированы следующим образом.

1. Экспериментально определены контактные характеристики онкого точения жаропрочных сплавов на никелевой основе резцами [3 СТМ и на основании этого установлены зависимости средних контактных напряжений на передней и задней поверхностях резцов из !ТМ от параметров режима резания.

2. Доказано и экспериментально подтвержено, что наиболее )ффективным при тонком точении жаропрочных сплаво.в с точки зрения фонности из трёх рассмотренных резцов.из СТМ - эльбор-Р, композита 05.НТ и гексанита-В - являются, резцы из гексанита-Р, так как 5а счёт перераспределения средних нормальных и касательных кон-?актных напряжений на передней и задней поверхностях резца из 1екеанита-Р:средние контактные напряжения на передней'поверхности увеличиваются, а' на задней поверхности средние нормальные контактные напряжения уменьшаются в 1,1-1,5 раза и средние касательные ¿онтактные .напряжения уменьшаются в 1,2-1,64 раза по сравнению зоответственно со средними нормальными и касательными контактными напряжениями резца из эльбора-Р в рассмотренном диапазоне режимов резания.

3. Определены закономерности распределения контактных напряжений вдоль режущей кромки на передней поверхности, инструмента лз СТМ, которые связаны с расчётом'коэффициентов неравномерности распределения нормальных и касательных контактных напряжений, соответствующих текущей координате рассматриваемой точки резца (ширины срезаемого слоя).

4. На основе численного метода конечных элементов разработан инженерный метод расчёта силовых напряжений в контактных зонах резцов из СТМ при Тонком точении жаропрочных сплавов на никелевойоовнове на оптимальных экономических режимах резания на ©танках с ЧПУ.

5. Доказана с помощью метода физической оптимизации тонкого мочения жаропрочного сплава возможность прогнозирования величин наибольших нормальных контактных напряжений на режущих кромках у вершин резцов из СТМ и других инструментальных материалов до проведения ©иловых экспериментальных исследований, что особенно важно при создании новых инструментальных материалов с известными для них коэффициентами теплопроводности и при этом значительном сокращении количеетва дорогостоящих силовых экспериментов.

6. .Разработан экспресс-метод испытаний на динамическую прочность резцов и® СТМ и других инструментальных материалов, позволяющий применять на станках с ЧПУ экономически обоснованные и учитывающие прочностные возможности инструментов режимы обработки, особенно для резцов и» СТМ, обладающих повышенной хрупкостью по ©равнению е твердосплавными резцами.

7. Установлено, что тонкое точение и растачивание жаропрочных ©плав®» на никелевой основе и закаленных легированных сталей твердостью Н50 35-40 на оптимальных экономичееких режимах резания при поддержании постоянства оптимальной величины коэффициента запаса хрупкой прочности режущей кромки инструмента из СТМ у вершины позволил© по сравнению с режимом поддержания постоянства "оптимальной" температуры резания: повысить технологическую производительность обработки в 1,9-2,3 раза; снизить трудоёмкость обработки в 2,4-2,45 раза; снизить технологическую себестоимость обработки на 80-90%; тавысить технологичевкую эффектам® е*ь обработки щутём снижения зжтрат на обработку I м* площади обработанной поверхности детали на 30-33%; улучшить чистому обработанной поверхности на один класс; обеспечить более регулярный

-178икрорельеф поверхности по длине обработки, то есть стабилизацию ысоты микронеровностей поверхностного слоя обработанной поверх-ости детали. •

8. На основании проведённых теоретических и эксперименталь-:ых исследований созданы новые конструкции резцов из СТМ, карты ыбора оптимальных экономических режимов резания при тонком точе: ии жаропрочных сплавов и сталей, закалённых,легированных сталей вёрдостью Щ?С 35-40 на станках с ЧПУ, обрабатывающих центрах и ИМ.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Белозёров, Владимир Анатольевич, 2000 год

1. Абразивная и алмазная обработка металлов: Справочник/ Под ред. А.Н.Резникова. М.: Машиностроение, 1977.-392с.

2. Аваков A.A. Физические основы теории стойкости режущих инструментов. М.: Машгиз, i960.-308с.

3. Адаптивное управление станкамж / Под ред. Г.С.Балакшина. М.: Машиностроение, 1973.-688с.

4. Андрейченко Г.О зависимости усадки стружки ©т параметров, определяющих геометрию среза при точении с малыми сечениями среза // Резание и инструмент. Харьков. 1978. №20.с. 1I4-II8.

5. Андросов И.М. и др. Исследование некоторых механических свойств поликристаллов СТМ // Сверхтвёрдые, ж тугоплавкие материалы. Киев. 1982.-е.28-33.

6. Артамонов Е.В., Ефимович Й.А. Оптимизация процессов обработки резанием деталей из труднообрабатываемых материалов на токарных станках с ЧПУ: Учебное пособие. Тюмень: ТюмИИ. 1994.-83с.

7. Базров Б.М. Адаптивное управление станками. М.: Знание, 1975.-57с.

8. Базров Б.М. Технологические основы проектирования самопод-■ настраивающихся станков. М.: Машиностроение, 1978.-216с.

9. Басов В.В. Исследование процесса алмазного точения материалов. Автореферат диссертации на соискание учёной степениканд. -техн. наук. Куйбышев. 1967.

10. Башк@в В.М., Сосок А.И. Современные направления в разработке методов назначения режимов резания металлов // Прогрессивный режущий инструмент. Высокопроизводительное резание. М.: ВНИИ, I978.-C.II3-I20.

11. Белозёров В.А. Силы и средние коэффициенты трения на контактных поверхностях резца из эльбора при тонком точении //

12. Нефть и газ Западной Сибири. Тюмень, 1983.-с.Ю9.

13. Белоусов. В.Д., Каминский М.Е. Применение инструментов из синтетических алмазов, ж других сверхтвёрдых материалов в автоматизированном производстве // Станки к инструмент. 1977 Р 2.-с.21-22.

14. Бетанели А.И. Метод ускоренного испытания ка хрупкую прочность .режущего. инструмента // Вестник машиностроения. 1984. №10.-с.42-44.

15. Бетамели А.И. Прочность и надёжность режущего инструмента.

16. Тбилиси: Сабчота Сакартвелв, 1973.-302а.

17. Блурцян Р.Ш. и др. Качеств© поверхностей деталей из закалённой стали 45ХНМФА, полученных шлифованием и точением резцами шз гексанита-F // Обработка материалов резанием. М.,1976.-с.108-114.

18. Б®бров В.Ш. 0си©вы теории резания металлов. М.: Машиностроение, 1975. -344с.

19. Богородский S.C. и др. Работоспособность инструментов из полнкристаллическшх материалов на основе вюрцит©подобного нитрида бора // Синтетические алмазы. Киев. 1978.N? 5-с.21-23

20. Бутенк© В.А. Особенности нагружения и прочность резцов с укороченной передней поверхностью в связи с их использованием для получения полуфабриката фольги. Автореферат диссертации 'на соискание учёней степени канд. техн. наук. Томск. 1983.-19с.

21. Веретенников Б.Е. Параметры шер©х@ват®стш поверхности закалённых сталей при тонком точении поликристаллами э.льб©ра // Обработка выс®к@шр@чиых сталей и сплав@в инструментами из сверхтвёрдых материал©в. Куйбышев. 198'0.-с.8-13.

22. Гартфельдер В.А. Физик®-техн©логические ®с©бемности процесса т©ченжя конструкционных материалов инструментами из СТМ. Автореферат диссертации на соискание учёной степени канд. техн. наук. Куйбышев: Куйбышевский политехнич-. ин-т, 1990.-23с.

23. Гинзбург Б.И. Экономика применения синтетических алмазов. Киев. 1979.-156с.

24. Девин Л.Н. Определение предела прочности при растяжении поликристаллических сверхтвёрдых материалов // Сверхтвёрдыематериалы. Киев. 1988. № 2.-с.24-28.

25. Деречин Л.Г. Применение инструментов мз эльбора-Р на стан-, ках с. ЧПУ // Станкж и инструмент. 1977. № 2.-е.23-24.

26. Журавлёв В.Н., Николаева О.И. Машиностроительные стали: Справочник. М.: Машиностроение, I981.-391с.30. 3®рев H.H. Вопросы механики процесса резания металлов. М.: Мадгаз,1956.-369с.

27. Зорев H.H. Исследование механики процесса резамия. М.: . Машгаз, 1952.-363с.

28. Зврев H.H. Расчёт проэкций силы резания. Л.:Углетехиздат, 1958.-55с.

29. Зубарев Ю.М. Совершенствование изготовления и эксплуатации лезвийного режущего инструмента из сверхтвёрдых материалов //'Инструмент. С-Петербург. 1996. Ш.-с.20-22.

30. Зубарь В.Д, и др. Качеств® поверхности при точении закалённых еталей резцами из эльбора-Р ж гексанита-Р // Станки и инструмент. 1979. № 8.-с.31.

31. Зубарь В.Д., Крюков В.К., Тимчук 4.Г. Контактные процессы на рабочих поверхностях инструмента из сверхтвёрдых поликристаллов при точении конструкционных материалов // Резанмеи инструмент. Харьков. 1978. № 20.-с.76-80.

32. Зубарь В.Д, и др. Некоторые особенности сил резамия при точении закалённой стали 45 резцами из эльбора // Резание и инструмент. Харьков. 1974. В? II.-с.76-79.

33. Зубарь В.Д. и др. Оптимизация процесса точения резцами из СТМ // Сверхтвёрдые материалы. Киев. I983.P 6.-с.46-49.

34. Зубарь В.Д. и др. Работоспособность резцов из поликристаллов на основе нитрида бора при тонком точении закалённой стали // Синтетические алмазы. Киев. 1978. S? 4.-с.48-50.

35. Камемкович A.C. и др. Технико-экономическое обоснование эффективности применения лезвийных инструментов из сверхтвёрдых материалов // Станки ж инструмент. 1977. Р 2.-с.4-6.

36. Ккушин М.Й., Аносов Г.В. Определение стойкостэй режущих инструментов, обеспечивающих получение максимально возможной прибыли и производительности общественного труда // Вестник машин®строителя. 1970. Ш 6.-с.74-76.

37. Клушин М.й. Резание металлов. М.: Машгаз, 1958.-454с.

38. Космаменк© В.В. и др. Влияние режимов резания на шероховатость обработанной поверхности при точении закалённой стали 40Х резцами из гексанита-Р // Резание и инструмент. Харьков. 1978. № 19,-с.17-19.

39. Коломиец В.В. и др. Высокоэффективная обработка жаропрочных и титановых сплавов резцами из эльбора-Р // Алмазы и сверхтвёрдые материалы. 1974. W 12.-с.10-12.

40. Коломиец В.В., Смоловик P.i. К вопросу экономической эффективности точения труднообрабатываемых материалов резцами из эльбора-Р// Резание и инструмент. Харьков. 1977. Р 18.-е. 26-30.

41. Кривошей В.М., Юрьев В.Л. Экономика оптимального резания труднообрабатываемых материалов на станках с ЧПУ // Вопрооы оптимального резания. Уфа. 1976. вып.I.-с.71-79.

42. Куклин Л.Г. и др. П®вышеиже прочности и износостойкости твёрдоспдавного инструмента. М.: Машиностроение, 1968.-140с.

43. Лезвийные инструменты из сверхтвёрдых материалов на ©скове нитрида бора: Методические рекомендации, iv!. : НИИМаш, 1980.-60с.'

44. Лоладзе Т.Н. Износ режущего инструмента. М.: Машмез, 1958.-355с.'

45. Лоладзе Т.Н. Прочность и износостойкость режущего инструмента. М.: Машиностроение, 1982.-320с.

46. Майстре.мко М.Л. Экспериментальные методы определения трици-ностойкости сверхтвёрдых материалов // Заводская лаборатория. 1981. Р 8.-с.72-78.

47. Макаров А.Д. Оптимизация процессов резания. М.: Машиностроение, 1976.-276с.

48. Мелихов В.В. Контактные процессы на задней поверхности режущего инструмента: Учебмое пособие. Тюмень: Тюменский госуд. yi-т. 1989.-II2c.

49. Методические указания по ускоренным испытаниям инструментов из новых сверхтвёрдых материалов. М.: НИИМаш,1979.-12с.

50. Механика пластического деформирования.; в процессах резания и деформирующего протягивания / Розенберг A.M., Розенберг O.A.; Отв. ред. Родин П.Р.; АН УССР. ЙСМ.-Кмев: Наук. ДУМка, 1990.-320с.

51. Моденов В.Д. и др. Новый сверхтвёрдый композиционный материал ниборит // Алмазы и сверхтвёрдые материалы. 1982. № X0.-c.I-2.

52. Молчанов Г.Н. Повышение эффективности обработки на станках .с ЧЙУ. М.: Машиностроение, 1979.-204с. . .

53. Морозов В.М. Метод расчёта на прочность при наличии трещин-185/ ■//Проблемы'прочности. 1971. № 2.с.-35-40.

54. Музыкант Я.А. Зависимость работоспособности, и конструкции инструмента @т способа закрепления заготовки композита // Станки и инструмент. 1978. № 3.

55. Некрасов Ю.И., Воронов B.C. Техник®-эк©комическая эффективность режимов обработки на токарных станках с ЧПУ // Проблемы' освоения ресурсов Западной Сибири. Тюмень. 1979.-е. 174-175. .

56. Новиков Н.В. и.др. Методика определения прочности и трещи-иеспособно'сти сверхтвёрдых материалов // Сверхтвёрдые материалы. Киев. 1982. Р 2.-с.33-37.

57. Остафьев В.А,, Антонюк B.C. Современные методы интенсификации, процесса резания металлов. Киев. 1988.-20с.

58. Остафьев, В. А., Выел ©ух С. П., Усачёв II.А. О построении математической модели процесса металлообработки // Прогрессивные методы обработки металлов лезвийным-инструментом. Киев: Знание, 1976.-с.18-20.'

59. Остафьев В.А. Расчёт динамической прочности режущего инструмента. М.: Машиностроение, 1979.-168с.-18671. Остафьев В.А. Учёт прочности инструмента при ег© проектировании и эксплуатации // Станки и инструмент. 1983. Р 7,-с.19-20.

60. Островский В.И., Маркова 1.Г. Стружкеобразование при точении эльбором. Л.: ВНИИАШ, 1975.-е.113-123.

61. Панфилова Н.Ю. Организация использования станков с программным управлением и их эффективность // Повышение эффективности эксплуатации станков с ЧПУ. Курган.1978.-с.7-12.

62. Пйсаренко Г.С., Лебедев A.A. Деформирование и прочность материалов при сложном напряжённом состоянии. Киев: Науко-ва думка, 1976.-455с. .

63. Полетика М.Ф. Контактные нагрузки на режущих поверхностях инструмента. М.: Машиностроение, 1969.-180с.

64. Полетика М.Ф., Красильников В.А. Определение длины контакта стружки с передней поверхностью резца // Технический прогресс в машиностроении. Томск. 1972.-с.156-159.

65. Полетика М.Ф., Красильников В.А. Расчёт средних контактных напряжений и коэффициента трения на передней поверхности инструмента // Технический прогресс в машиностроении. Томск 1972.-е.164-167.

66. Пригоровский Н.И. Методы и средства определения полей деформаций .и напряжений: Справочник. М.: Машиностроение, 1983.-248с.

67. Примачук В.Л., Бр@вко A.B., Аветисян А.О. Теплофизическиесв©йства разных модификаций нитрида б®р& // Порошковая металлургия. Киев'. 1983. № 8.-с.80-82.

68. Распутин Ю.Д., Лобанов В.М., Гринберг Д.Б. К вопросу расчёта оптимальных режим©в резания на станках с ЧПУ при случайном характере отказов инструмента // Повышение эффективности эксплуатации станков с ЧПУ. Курган. 1978.-с.52-52.

69. Ратммров В.А. Основы программного управления станками. М. : Машиностроение,- 1978.-240с.

70. Режущие инструменты, ©снащённые сверхтвёрдыми и кркподяиуоски ми материалами и их применение: Справочник./ В.Д.Жедь, Г.В. Боровский, Я.А.Музыкант, Г.М.Ипполитов. М.: Машиностроение., 1987.-320с.

71. Резников А.Н., Новосёлов Ю.А. Метод ©пределения усадки стружки при. цилиндрическом фрезеровании// Известия вузов. ; • , Машиностроение, 1966. Н'Э 10.-с.130-141.

72. Решет©в Д.Н., Каменская В.В., Левин А.И,, Портман В.Т. Современные направления развития станковедения // Станки и инструмент. .1977. \1- 6.-с.4-9. •

73. Р©зенберг A.M., Ерёмин. А.Н. Элементы теории процесса резания металлов. М.: Машшз, 1956.-318с.

74. Розенберг Ю.А., Тахман С.И. Силы резания и методы их определения. Часть 2; Расчёт сил резания при различных видах обработки: Учебн©е пособие.-Курган: КМЙ, 1995.-104с.

75. Сверхтвёрдые материалы / Под ред. И.Н.Францевича. Киев: Наукова думка, 1980.-296с. .-18891. Сенькин E.H., Филиппов Г.В., К©лядин A.B. Конструкция и эк сплуатация фрез, оснащённых композитами. J1.: Машимостоение 1988.-63с.

76. Силии G.G. Автоматическое управление процессами резания // Станки и инструмент. 1971. № I.-c.13-15.

77. Скупчемко М.А., Дрозиин В.Д. Определение температур при тонком точений закалённой стали резцами из КНЕ // Алмазы и сверхтвёрдые материалы. 1983. № 10.-с.9-10.

78. Свломенцев Ю.М. Оптимизация операций технологического процесса обработки деталей: .Адаптивное управление станками / Под ред. Б.С.Балакшина. М,: Машин®стр©ение,1973.-с.382-423

79. СулигаВ.И., Глуико- В.В. Системы автоматизированного управ ления резанием. Донецк: Донбасс, 1973.-128с.

80. Сулима A.M., Евстигнеев М.И. Качеств® поверхностного слоя усталостная прочность деталей из жаропрочных и титановых сплавов. М.: Машинвстреение, 1974.-255с.

81. Тверской М.М. Автоматическое управление режимами обработки деталей на станках. М.:Машиностроение,- 1982.-208с.

82. Тжмчук А.Г. и др. Качеств© поверхности стали 111X15, ©брабо-тажнЬй резцами на основе нитрида бора /7 Резание и инструмент*. Харьков, 1978. II- 20.-c.I08-II0.

83. Типовые'технологические процессы обработки лезвийным инструментом из композита. М.: ИИЙМаш, 1980.-120с.

84. ИСМ HAH: Украины, 1994.-с.75-76.

85. Утешев М.Х., СеюокФВ В.А. Напряжённее состояние режущей части инструмента с округлённой режущей кромкой // Вестник машиностроения. 1972." Р 2.с.70-73.

86. Хает F.J1. Прочность режущего инструмента. М.: Машиностроение, 1975.-168с.

87. Хрульков A.B. Шлифование жаропрочных^, сплавов. М.: Машиностроение-, 1964.-191с.

88. Чамдрашекаран X., Иагарадясан Р. Влияние износа задней поверхности на напряжения в режущем инструменте // Труды Американского общества инженеров механиков. М.: 1977. №2.-с.56-59.

89. Чамдрашекаран X., Нагараджан Р. К вопросу о неустановившихся напряжениях в режущих инструментах // Труды Американского общества инженеров механиков. М., 1980. Р2.-с.180-190.

90. ИЗ. Шарин Ю.С. Обработка деталей на станках с ЧПУ, М.: Машиностроение, 1983.-120с.

91. Шарин Ю.С. Технологическое ©беспечение станков с ЧПУ. М.: Машиностроение, 1986.-176с.

92. S:.- Шаумян P.A. Автоматизация производственных процессов. М.: Высшая школа, 1967.

93. Щпиталенко В.М. К вопросу определения эффективности применения лезвийного инструмента из сверхтвёрдых материалов // Сверхтвёрдые материалы, Киев. 1982. № 5.-с.29-33.

94. Экономическая эффективность станков с числовым прогрш^мйым управлением / Под ред. П.С.Мирошникова. Киев: Наукова думка, 1976.-174с.

95. Эльбор в машиностроении / Под ред. О.Л. лысанова. Л.: Машиностроение, 1978.-280с.