автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Исследование и разработка процесса фрезерования поверхностей вращения заготовок из титановых сплавов

ЖСНЭВСКЙЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕЗОЛЮЦИИ

й ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Н.Э.БАУМАНА

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ПРОЦЕССА ФРЕЗЕРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ВРАЩЕНИЯ ЗАГОТОВОК ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ

Специальность 05.03.01. - Процессы механической и физико-

технической обработки, станки и инструменты

т-

На правах рукописи

Иванов Юрий Васильевич

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва, 1993 г.

Работа выполнена в Кнлужском филиале Московского Государственного техническою университета имени Н.Э.Баумана

Научный руководитель - кандидат технических паук,

доцакт Созинов А.'Л.

Офицквлышз оппонента - доктор технических- наук,

профессор Чернявский П.М. кандидат технических наук Еарэипиков В.И.

Ведущее предприятие - Ульяновское станкостроительное ПО тяжелых и уникальных станков

Зедита состоится .... ИйрТУО.......1923 г. на заседании

специализированного Совета К.053.15.15. в Московском Государственном технической университете имени Н.З.Баумана по адресу: 107005, Москва, 2-я Бауманская, 5. * .

С диссертацией можко ознакомиться в.библиотеке ЙПУ гшэни Н.Э.Баумана.

Вал отзыв на автореферат в одном экзв?отляре,-заверенный печать» учреждения, проски направить по указанному адресу.

Телефон для справок: 263-65-14.

Автореферат разослан "¿3" среЬра 1993 г.

Ученый секретарь специализированного Совета кандидат технических наук, доцент

йещеряков

СЕДАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ

Актуальность. По мерп решения проблем ликвидации избыточных пропусков ка заготовках, черновая размерная обработка, изменяя сбой характер, останется ватаьм зпенсм техводогта заготовительного производства как истод, отличпютГ.ся высокой уггазсрсатгь-¡юочъю.

Наиболее рлезроствакеняьгга зяготовг^.а: ямяг'.'ся тела врзю' пая. Около 22% загсто&ок этого класса согта-М-тат загсторгл, у готорнх дае?.?агр значительно превгкае? длину, т.е. кольца, диски, зубч-.тно колеса и т.п., Около 25;! деталей, изготовление которых свягсао с зспользоглнхем кар7селышх ставкой, составляют крупногабаритные, диаметр которги: превышает 320 мм.

Рсгозггая ч-ють крупннх заготовок типа кодоа изготавливается методами свободной коькп и раскатки. Операции их черновой обработки характеризуются ггчсоксД ■грудоптаосуА'о :-< низноЗ производительность». Эхо врг>/де всего относятся к обработке заготовок из титановых сплавов, что определяется сесЗйстеомн как самих титано-тзугх сплавов, так и альЯтрохРипого слоя на их поверхности.

Одляи из оспот^тх недра® легаЯ развития тех-толопш изготовления деталей мешан является расширение области "пршонететя новых зффзктквгигх методов обработки.- Тают,га методам! обработки коротких поверхностей вращения могут, стать метода их фрезерования, з частности при обработке крупных заготовок - метод торцового фрезерования, при этом образуются короткие стрултси, не требующие их дополнительной переработки.

В ряде случаев при обработке стальних заготовок, в том числе с прерывистыми поверхностями вращения, давний метод находат успешное применение. Наряду с этим необходимо учитывать существенное отличие по обрабатываемости титановых сплавов от отале« и отсутствие оборудования, способного в волной мере реализовать данный метод обработки.

Такта образом, исследование и разработка процесса торцового фрезерования поверхностей вращения крупных заготовок из титановых сплавов является актуальной задачей, направленной на повышение эф|эктибнооти обработки таких заготовок я распространение метода торцового фрезерования тел вращения ка даннуи область.

Цель работы. Исследоват. особенности метода торцового фрезерования карушых поверхностей вращения крупных кольцевых заготовок из титановых сплавов, получить даннне об особен-

ностях износа и стойкости инструмента, установить целесообразность замены точения торцовым фрезерованием, получить необходимые данные и разработать рекомендации для создания специального оборудования, реализующего данный метол ооработкя.

Основные положения методики исследований. В работа использованы аналитические к экспериментальные методы исследований, базирующиеся на основных положениях теории резания металлов.

При исследовании использовались как традиционные ( определение интенсивности деформаций, установление связи между параметрами срезаешго слоя и силами резания, стойкостнке испытания), так и вновь разработанные методики (определение параметров срезаемого слоя, определение форт износа -режущей части, исследования стругоссобразоБания при срезании различных слоев поверхностного слоя заготовки, имеющих различные свойства по его глубине).

Результаты эксперимента обрабатывались вероятяостно-статис-тическнми методами. При обработке результатов использовалась ЭВМ.

Экспериментальные исследования осуществлялись как на универсальном металлорежущем оборудовании (¿С-33, 7307Г), так и на специальной установке, созданной из отдельных стандартных узлов, при этом использовались специально разработанные приспособления (для мгновенного прекращения процесса резания, для измерения сил и температуры резания) и рекущлй инструмент, а такке современная измерительная аппаратура.

Научная новизна. Разработана методика определения значений■толщины и ширины срезаешго слоя в зависимости от угла поворота зуба фрезы при торцовом фрезеровании наружных коротких поверхностей вращения, заключавшаяся в нахождегпш координат точек, определящих значения этих параметров. На основании этой методики получены зависимости для определения составляэдих силы резания, действующих на зуб фрезы, в зависимости от угла ее поворота.

Разработана методика исследования влияния поверхностного дефектного слоя на элементы механики процесса резания, основанная на изучении закономерностей изменения процесса стружкообразова-ния и сил, действующих на режущий клин, при последовательном срезании слоев, расположенных на различной глубине от поверхности заготовки. При этом установлено, что при обработке крупных кованых заготовок из титановых сплавов в пределах дефектного слоя изменяется характер стружкообразованля, а удельные силы имеют макси-

мальнне значения в районе дефектного слоя на некотором удалении от поверхности заготовки.

Разработана.модель оценки фор?«! износа режуцеЯ части инструмента при изменяющихся вдоль режущей кромки условиях контакта с удаляемым слоем , имеющим по своей глубине различные физико-механические свойства. Установлено, что характер износа зубьев фрезц при обработке кольцевые заготовок из титановых сплаЕов по корке зависит от величины смещения оси фрезы относительно оси заготовки.

Разработан способ обработки коротких поверхностей враценич торцовой фрезой, зубья которой расположены на нескольких ряцах концентрических окружностей с одинаковым вылетом и с режущими кромками с внутренней стороны.

Практическая ценность. Показана целесообразность замены точения наружных поверхностей вращения круп-них кольцевых заготовок из титаношге сплавов торцовым фрезерованием, которое'позволяет увеличить производительность обработки (в 1,5 - Я раза), снизить'затраты на их изготовление (в 1,5 -2 раза), обеспечивает образование коротких транспортабельных стружек, обеспечивает получение экономического эффекта.

Полученные данные о .силовых параметрах процесса торцорого фрезеров алия позволяют рыбрять основные технические характеристики и выполнить динамические расчеты, необходиме при проектировании вновь создаваемого специального оборудования.

Предложенный впервые способ обработки коротких поверхностей вращения: торцовой фрезой позволяет повысить производительность обработки и увеличить стойкость инструмента.

Реализация работы. Выполнен комплекс работ по подготовке к промышленному внедрению исследованного метода, включавциЯ в себя:

- разработку и создание огмтно-промышленноЯ установки;

- разработку конструкций торцовых фрез ;

- разработку разделов технического задания на создание специализированного гарусельно-фрезерцого станка.

Рег.ульт^тм работы приняты ддя использования к внедрения на Верхнесалдинсксм металлургическом ПО им.В.И.Ленина, в Ульпнои-ском ГСКБК, ПО "йяорский завод".

Апробация р а б-о т ы. Результаты работы доклг-■девались на межвузовской конференции "Прогрессивные технологии ■ I конструкции, механизация и автоматизация лроиэлочетленнчх про--

цессои в машиностроении и приборостроении" (Калуга,1987г.), на всесоюзной конференции "Артоматизация ксследопаний, проектирования и -испытаний сло;1н:к технических систем" (Калуга,I9ö9r.), на региональной конференции "Прогрессивные материалы, технологии и конструкции в маиино- и приборостроении" (Калуга, 1990г.'), на ре( пубдиканскоЯ конференции "Совершенствование технологических процессов изготогления деталей мажн" (Курган, 1991г.), на регионал! ной кон]юренции "Автоматизация исследогакий, проектирования и ис лнтаниЯ сложных технические систем и проблемы математического м: делироа8»я<;" (Калуг-ч, 1991г.), на научном семинаре кафецры "Мета! лорежуцие станки и инструменты4 Калужского филиала LSFTj им.Н'.Э. Баумана (Калуга,1891г.), на научном семинаре кафедры "Процессы к инструментальные системы механической и физико-химической обработки" им.Н.Э.&аумяна (Москва, 1991г.).

П у б л и к п. ц и я. По материалам исследонаниЯ опубликовано 9 работ, получено авторское свидетельство на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и приложений. Содержит III страниц машинописного текста, 66 рисунков, 10 таблиц и библкографш из 122 наименований литературных источников.

КРАТКОЕ С0ДЕККА1ШЕ РАБОТЫ

Во введении отмечена необходимость развития современная тех нологии легшиПнэй черноьой обработки и создания на этой основе современного оборудования, инструмента и оснастки для заготовительного производства, а такхке целесообразность замены в определенных условиях традиционных токарных процессов фрезерованием.

В первой главе определен объект исследований, выполнен анализ геометрических параметров заготовок класса "тела вращения", обрабатываемых на токарно-карусельньгх станках, обоснована актуальность темы.

В работах Боброва В.'5., Кривсучога В.А., Подураева В.Н., Нолетики íl.S., Резникова Н.И. и др. рассмотрены особенности черновой обработки заготовок из титанорых сплавов. В тсже время данных об особенностях обработки отдельных титановых сплавов, в т.ч. ПТ-ЗВ, ПТ-3.1, недостаточно.

Анализ работ Ропенберга D.A., Кривоухова В.А., КуЬарева Г. Л., Чубаропа А.Д. и др. показал, что особенности с.тружкообразпва-ния при срезании припуска, состоящего как из осношого металла, • так и дефектного слоя, что имеет место при черновс-П обработке ти-

таловых сплавов, и их влияние на условия работы инструмента не рассматривались.

В работах Грановского Г.И., Этик А.О., Мархасина Э.Л., Пет-росянца A.A. рассмотрена возможные методы обработки наружных поверхностей врацения, при этом для крупных деталей при снятии значительных припусков предпочтение отдается методу торцового фрезерования.

Поскольку имеются существенные особенности обработки титановых сплавов, для репения вопроса о целесообразности замены точения торцовых фрезерованием указанных заготовок сведений сб особенностях этого процесса недостаточно. Анализ ранее выполненных исследований Калшрина А.И., Юхвида ÎLE., Мархасина Э.Л., Шейнина V.U., Аксенова В.П., Рыжова Э.Р., Полехина B.C., Созинова А.Vi., К.о тл яро в а А.Я. и др. не позволяет в полной мере определить возможности эффективного применения метода торцового фрезерования поверхностей вращения и особенности протекания данного процесса в условиях чернового резания при обработке крупных кольцевых заготовок из титановых сплавов со'срезанием неравномерных припусков.

В работах Клушина A.C., Семенова Г.И., Сафронова A.A. , в проспектах фирм " Kohlenberg " (ФРГ), " ¡ЭД Влаиско " (ЧССР), " Tosiba " (Япония) отмечается положительный опыт использования данного метода в отдельных водах создаваемого оборудования. При этом для широкого его распространения, особенно при обработке труднообрабатываемых материалов, имеется ряд сдерживащих причин:

- отсутствие специального оборудования достаточной жесткости и мощности ;

- недостаточно данных о силовых параметрах процесса

- недостаточно сведений об особенностях работы инструмента, его износе и стойкости.

Анализ работ Боброва В.Ф., Этин А.О., Шейнина Г.М., Трави-Ка А.И. и др. показал, что для торцового фрезерования коротких Поверхностей вращения отсутствует методика по определению пара-йётро » срезаемого слоя в зависимости от угла поворота зуба фраза, знание которых необходимо для определения действующих сил и характера их изменения в процессе обработки.

На основании работ Кривоухова В.А., Пушных В.А., Сбоева В. установлено, что при обработке по корке титановых сплавов на низких режимах резания лимитирующим износом является износ исти-гямием по задней грани. Исследования Зорева H.H., Андреева Г.С.,

Бетанели А.И., Куклина Л.Г., Остафьева В.А., Ташглцкого Н.И., Третьякова И.П., Усачева П.А. свидетельствуют, что стойкость твердосплавного инструмента при гсреривистом резамки ниже чем пр1.-точении, что обуславливается явлениями, сопровакцасцими переходные процессы при входе и выходе инструмента. В токе 'время, учитывая особенности изменения параметров срезаемого слоя при тор№> вом фрезеровании поверхностей впадения и возможность их рйгулиро в&ния при переходных процессах, а так/ке то, что черновое точенчс указанных заготовок можно только условно считать непрерывным процессом, необходимо проведение стойкоетных исследований для решо« ния вопроса об эффективности того или другого метода обработки,

В рассмотренной литературе отсутствует также исследования особенностей характера износа инструмента в условиях изменяющейся пиоинн среза, когда припуск состой как из основного металла, так и дефектного слоя.

На основании литературного обзора сделаны вывода и поставлены задачи исследования.

Во второй,главе- описаны методики экспериментальных исследований и средства их проведения.

Основная часть экспериментальных исследований проводилась на кованых заготовках колец диаметром 1000..,1550мм и высотой 200... 400чм из титановых сплавов ПТ-ЗВ, ПТ-ЗУ cdt • 700...900ДОа.

В качестве инструмента использовались резец и торцовая фрез» с механическим креплением режутцей пластины (а.с.622585) из твер-» дого сплава ВШ. Исследования проводились без нанесения на пластины износостойких покрытий и без применения СОЯ.

Геометрические параметры инструмента выбирались на основании априорных данных, исследований Соэиновя А.И., Котлярова А.Я» и производственного опыта.

При проведении исследований определялось достаточное число дублирований опыта, а полученные результаты подвергались статистическому анализу с проверкой воспроизводимости опытов по критерию ¡(охрена, значимости коэффициентов по критерию Стьвдента и адекватности найденной зависимости по критерию i-mepa.

Исследования влияния поверхностного слоя на элементы мехами ки процесса резания выполнялись на образцах вырезанных из кольцевой заготовки 02500мм из титанового сплава ПТ-ЗЬ, полученной свободной ковкой. Структура поверхностного слоя изучалась и фотографировалась на микроскопе ЬНР-4, его глубина определялась измерением микротвердости на шлифах перпендикулярных поверхности зато

тонки через кажуге 0,05мм на микро-твердомере ШТ-З с нагрузкой 100г. Исследование стружкообразования прозодчли при строгании по схе«е свободного резания на поперечнострогзлыюм станке 7307Г. При этой использовали четод координатных сетск. Бзда сетки составляла 0,15мм. Для мгновенного прерывания процесс«! резания использовалось специальное устройства, работающее но принципу откидного резца. Для мгновенного гыхоца ръэца из под стружки использовалась энергия взрыва. порога. На образца вщеяяяись срезаемое слои толщиной 0", 15мм о разлитой мч;:ротвег>^остью в зависимости от глубины их залегания от поверхности образца. Степень пластической деформации оценивалась по ис^аченип целительной сетки, которая определялась по фотографиям корней стружек, уве- . личелных а 203 раз. Расчет интенсивности деформации осуществляйся по методике Пв.чксва П.О. и Смирнова-Аляепа Г.А.. Сили резания при проведении цатшх исследований измерялись динамометром УД'«-600 и заптешзались с помочь» осциялогрлра Н117/1. На инструментальном микроскопе измерялась площадка контакта по передней поверхности реиущей шгаеткньг путем измерения площади стертой омедненной поверхности и определялпсь величина удельной силы.

При определении влияния параметров срезаемого слоя и скорости резания ка составляющее силы резания и температуру резания при торцовом фрезеровании-наружной цилиндрической поверхности заготовки исследования проводились на специальной опытно-промышленной установке, при этом диамзтр заготовки составлял 1000мм, а вчеетч 200:я;. Измергние сил производилось с помощью динамометра УДЯ-1200, установленном на планшайбе с помощью специального кронштейна. При вращении плаклаПбы режущая пластина резца, закрепленного в динамометр, имитировала зуб фрезы, диаметр которой составлял 350мм. Для снятия показаний на свободный конец фрезерной головки устанавливался специальный токосъемник. Резание велось остром инструментом. Износ но задней грани не превышал 0,2ии. За математическую модель списания связи принимались степенные зависимости. Диапазон изменения ширины срезаемого слоя разбивался на два поддиапазона, чтт определялось величиной поверхностного дефектного слоя. Варьируемыми факторами являлись толста, ширина срезаемого слоя и скорость резания. Заданное значение скорости резания устанавливалось с помощью сменных пп-ивов. При проведении исследо-» ваний использовался метод планирования эксперимента при отом составлялся план л/ = 25 . Для дальнейшей обработки с осциллограмм

брались максимальные значения сил, соответствующие заданной тол, *

щине, ширине среза и скорости резания.

Температура измерялась методом естественной термопара. Величина сил к температуры записывалась осциллографом 11Ц7/1. Есте-ственнуа термопару тарировали иа специальной установке, при этом разогрев места контакта твердосплавного стержя с электродам;!, выполненными из материала обрабатываемой заготовки, осучзетвляли при г.оиощи электрического тока. Тарирование осуществлялось на яиме охлаждения. По результатам тарирования строился график.

Стойкостные испытания проводились по схеме одноф&кторного эксперимента. При точении исследования проводились в произвоц-ствеших условиях на токарно-кярусельком станке 5С-33. Заготовка имела диаметр 1£50мм и высоту 400мм. Варьируемыми факторами были подача и скорость резания. За критерий износа был принят износ по задней поверхности величиной Ьш. При торцовом фрезеровании исследования проводились на специальной опытно-промшгленной установке, при этом заготовка имела диаметр 1000мм и высоту 200мм. Фреза имела диаметр 370мм. Конструкция режущей части фрезы была аналогичной конструкции режуцей части резца. При исследовании фреза оснащалась только одним чубом. Смещение оси фрезы относительно оси.заготовки составляло 163мм. Варьируемыми факторами били скорость резания, подача на зуб и глубина резания. За критерий износа,как и при точении,был принят износ по задней поверхности вели^гиной 1мм. Численные значения показателей степени и коэффициентов определялись графо-аналитичееккм путем.

Исследования влияния величины смещения фрезы относительно оси заготовки на характер износа зуба фрезы проводились на опытной установке при фрезеровании аналогичной заготовки. Путь резания во всех случаях оставался постоянным. После резания снималась топография изношенной поверхности на микроскопе 'иМР-4.

Б третьей главе изложены результаты теоретического анализа исследуемого процесса.

Разработана метоцика расчета значений параметров срезаемого слоя в зависимости от угла поворота зуба фрезы В. Ширина срезаемого слоя определялась как «лина отрезка между точками I и 2 с координатами (Х(, у<, 24) и (Лг, Уг, Не. К Для точки I: Х|»(*<р-£и>9, у4«Яф-Со$9, = О , где Кф -

радиус фрезы. Точка 2 являлась пересечением трех поверхностей: цилиндрической заготовки, конической фрезы и плоскости, проходящей параллельно оси фрезы через главную ре жуирую кромку. Совместное решение уравнений трех этих поверхностей сводилось к решению •

\'равчения •-'втвввтоЯ степени:

х4 ♦ 6хл * сх2 +<1х = о

гдр

6 =2О/Л ; с = («Ш *ВгЧ-К*}/Аг; А = (25-С -2К-Ы)/А*; /

пси ягоя

4 +с*дг(в'»д)3 м .

(Яд> - Ь) - ■сЕдф-ЯМУ&пб'[б -сЫ(9 ,

^-(Яз-Ь-^-Нф)

с ^ »3 -(Яф-Ь)2-Ьй>-Яф-М^В [&д9-сЦе* А)]г--(Ил-^-Ьп?■ К » ; N ,

- глубгша срезаемого сдоя. Для' репкиия данного уравнения разработана прогре»гна.

Мгновенное значение толкни срезаемого слоя определялось:

гяе • г Ь* !ъ-МЬ31п9);

гд!

аср * (а, *аг)/г .

Полученн зависимости для нахождения составляющих силы резания и предложена методика определение суммарных значений сил, действующих на технологическую систему, в зависимости от угла поворота зуба фрезы.

Известно, что величина износа по задней поверхности аппроксимируется функцией вида Ьз » Сь Ьр , где Ьр - путь, пройденный режущей кромкой инструмента, а также, что в условиях истирания величина износа пропорциональна величине давления Ср] и твердости Ш). Тогда при допущении, что начальная эпюра дагш?н..Я яри изнашивании инструмента имеет незначительное перераспределение, основанном на положении о той, что ъкж!\у иириноЯ фаски износа я силачи резания соблюдается примерно пропорциональная зависимость, имели: * СИ" - р(С) • Ьр

При повороте уба <*резы изменяется ширина среза, что определяет перемещение слоев припуска вдоль режущеЯ кромки на вели-

чину 5 (рис.1). Суммарный износ склеивается из отдельных величии износа, вззник&мцих под действием элементарных участков опгр, действующих ка протяжении, соотпетствусдем этим участкам, до т. пути, проходимой реяуцеП кройкой, дл.- нахождения которой строились гнстограиаа распределения общего .ути режущей крэнкк вдоль участка с изменявшейся шириной срезаемого слоя. Сбидей износ инструмента. в точке X от воздействия всего участка давлений и твердости определялся висажениеи:

к . Сьу(к -6).Л ]й ,

где П - число равных частей, ка которое разбивалась величина $ ;

функция, характеризующая часть пути, пройденного рекуще.Н кройкой, приходящейся на участок гистограммы шириной $/Н , для точек припуска с координатой £ _____

Рис.1. Переизцзнке срезаемого слоя вдоль режущей кромки

В результате расчетов, выполненных на ЭВМ, было установлено, что фораа изношенной поверхности и величина износа определяются величиной снесения фрези относительно заготовки.-

'Проведена оценка влияния диаметра фрезы на производительность. Акшшэпровасвсь выраяение основного технологического вре-кгкк, полученное А,0.Этан, при этой считали величину окружного шага зубьев для различных типоразмеров фрез постоянной. Было установлено, что при увеличении диаметра фрезы снижается производительность. Сделен вывод, что для обработки наружной цилиндрической поверхности кольцевой заготовки при выбраккои узле крепления пластики диаметр фрезы должен быть наиболее близким по значенюэ высоте"заготовки, пси гтох необходимо учитывать условие обеспечения заданного отклонения от прямолинейности обрабатываемого профиля.

В четвертой главе дани результаты экспериментальных исследований.

Исследования особен»¡остей срезаеиого припуска крупных кованых заготовок из титановых сплавов к их влияния на элементы ке-

ханики процесса розалия позволили определить оеноснае параметра дефектного слоя (структуру, глубину зызганич, изменение ыикро-твердости по глубинч), а такке характер ягменения л ссновкне па-ргл'.етри процесса сгвутаообразования. Установлено, что при срезании верхи;« слоев заготовки элементы стружки мало дсфорчкрозсньг, их размер! н текстура беспорядочна, ток срелснчи бсхеэ глубопгх слаез увеличивались спясхкостъ стружки, .чкгенсиыюсгь де^ржи;кл, объем де^срмировсмнсго'металла, уменьшался угол сд;м:га. При последовательном срезании сдоеэ заготовки, от лежащих у ее поггргно-сти до распояозеякых на пубиие 1,5.. Л ,8пч,еиЛй Рг росла. При срезании болея глубоки* слона она несколько ужималась, после чего оставалась постоянной. Сила П4 при бояъсих углах £ кзиеня-лась кег-начитеяьте. йаибоаьаее ее значение соответствовало глубине залегания срезаелах слоев 0,9.. от поверхности эаготоекя. При стеэглии более глубоких слоев увеличивалась пгозадь контакта струягн с передней поверхность» инструмента. Значения удельннх сил на контактных поверхностях инструмента яиелк максимальное значение лряг срезании с:сез зйготсвки на глубине 0,8..Л,2мм от ее поверхности. Таким сбрапом, при срезания дефектного слоя вдоль режущей кроша инструмента стружка имела сразу несколько типоз, режущий клин имел ыакекмальну» наг рутинность в районе дефектного слоя на некоторой удалении от поверхности заготовки.

По результату? исследования влияния параметров срезаемого слоя и ексрости резания кз составляла силы резания и температуру резания при торцовом фрезеровании наружной цягкидрической поверхности были получена зависимости: при изменении ширины срезаемого слоя от 1,41иа до 4,23мм Рг . гоаз. ■ Ь*«85 . Ие5 (И); Ря - |400 • О** - ь°-г* . тГ*0' сн>; Рх * М«Э . а0-5* . Ь . /и) -

9®С » *27 • ав' . . 1ГЧ и от 4,23ыя до.7,05мм

Ра »<835 . о0'8 .&<**« . (н\

Ру » 701. а0'57- . -V*-* Ш)

Р* = 555. й &<** . у-** ж)

вХ = 349-<И*. ,

3 пределах дефектного слоя его свойства сказотала влияние ш изменение сил при увеличении пирины среза, причем в большей :тепени на Рх и Ру .

В результате стойхостиых испытаний при точении, построенные

в яогаря&улеских координатах, .частные Зуш'циснаЕьные зависимости T(V} и TCs),¡имели явно выраженные два участка с различным наклоном.. Для каддсго били получены следуя:.■ зависимости:

Т • -V; S~s's* (ни); Т - 62L-V'2'" S4* (мин),

а также уравнение линии разцегящей области их действия:

; ТГ х 5.15 -S-0-83 .

Определяющим кзносои Сил износ по задней поверхности, который с увеличением подачи а скорости резания начинал сопровождаться износом передней поверхности. При торцовом фрезеровании на основании найденные частных зависимостей T(V), 7(S), T(t) были получены зависимость определяющая стойкость зуба фрезы и зависимость стойкости б сей фрезы: Т<р =9544 ■ v*3,3- g-''66. im0,z-2.f/(& ■> , где (р> -»pi) у угол контакта фрезы с заготовкой. Износ развивался с образованием'проточины на участке контакта с поверхностным слоем заготовки.

Исследования влияния смешения фрезы относительно оси заготовки на характер износа показали, что проточина менее выражена :: величина износа минимальна, когда ширина срезаемого слоя при повороте зуба фрезы изменяется от нуля до максимального значения и снова до нуля. Погрешность между экспериментальными и расчетными значениями формы изношенной поверхности в среднем составила не более 1255.

По результатам экспериментальных исследований сделаны выводы. ' _

'В пятой главе выполнена оценка эффективности метода торцового фрезерования в сравнении с точением,-

Сравнение проводилось при оптимальных в конкретных условиях режимах обработки для каждого метода при обработке заготовок дка^е?ром 1550км, высотой 400им и глубине приписка 15км. Оптимальные режимы определялись из двух условий: обеспечения наименьшего штучного времени (1шт) и обеспечения ¡минимальной технологической себестоимости (с). Ьми получены выражения для определения оптимального значения скорости резания при заданном зяачекич подачи.

По данным. ГУревича Я.Л., Еаранчикова В.К: и др. при точении заготовок из титановых сплавов на карусельных станках рекомендуется величина подачи S « 0,6...0,8мк/об. С учетом наличия корки была принята подача 5 « 0,6ш/аб, при торцовом фрезеровав нии рекомендовавлодача£з= 0,15мм/зуб.

При выбранных уначениях подач Счли построены зависимости стойкости, DTytnwro времени и технологической себестоимости от скорости резания для обеих методов обработки и определены значения оптимальной скорости резания.

Результаты сравнительного анализа показали, что ыетсц торцового фрезерования .коротких поверхностей вращения мотет быть успешно'применен при обци рке -крупных кольцевых заготовок из титановых сплавов, что дает повышение производительности, снижение затрат на обработку tipv. достаточной стойкости торцевой <{резы и обеспечивав? получение экономического эффекта. Эффективность ке-тоца возрастает с увеличением высоты заготовки, :'£етод обеспечивает образование коротких транспортабельных сгружск, что улучшает условия работа, Tie требует затрат на дополнительную ее переработку и создает благоприятные условия для автоматизации процесса.

В тестой главе излагается материалы по реализация и внепрению метода торцового фрезерования поверхностей вращения крупных кольцевых заготовок.

Дня реализации метода была создана огсытно-промниленнач установка, на которую разработано подробное техническое описание, спроектированы и изготовлены несколько конструкций торцовых Фрез. Разработан способ фрезерования коротких поверхностей вращения торцоЕсй фрезой, который обеспечивает высокуп производительность при благоприятном изменении параметров срезаемого слоя .для зубьев фрезы, работаицих по корке,'что повышает стойкость всего инструмента. На данкн! способ получено авторское свидетельство ка изобретение.

Результаты рабе?» приняты к использованию на Калужском турбинном заводе и Зерадесалдинском металлургическом производственном объединении в сле.дую^еч виде:

- технических заданий опктного обооудования4 •

- Ш по фрезерованию поверхностей вращения из титановых сглавов;

- конструкций режудего инструмента.

Ожидаемый экономический эффект при отом составил по ПО "¡По" - 35 тыс. руб., по БСМПО - 31 тыс. руб.

Результаты работы были также использованы при разработке технического .задания на создание спутнзго образца специального карусельно-Дреэерногэ.станка (СК5С). Разработчик станка Ульяновское ГСКБ фрезерных станков совместно с ЫГЛТИ Знергомаш (г.Санкт-Петербург) и Калужским филиалом '.STJ им .Н.Э. Баумана. Опытный образец предназначен для ПО "Ижорский завод" (г.Санкт-Петербург,

Коллино). Изготовитель станка-УСПОТУС (г.Ульяновск). Экономический э$фект от производства и использования СКФС составил в расчете на один станок 376 тыс. руб. в гсд. . *

■ ЗАКШЕНЖ .

В диссертационной работе изложен комплекс теоретических к экспериментальных исследований основных параметров процесса торцового фрезерования поверхностей вращения крупных кольцевых заготовок иэ титановых сплавов, являющихся основанием для разработки технологии, специального оборудования и инструмента, реализующих данный процесс.

'I. Разработана методика расчета параметров срезаемого слоя, мгновенных значений сил резания, действующих на зуб фрезц и мгновенных суммарных сил, действующих на технологическую систему,- в зависимости от угла поворота Зуба фрезы, необходимая для выполнения динамических расчетов и выбора технических характеристик создаваемого оборудования, а также выбора параметров технологической схемы-обработки. Разработана программа их расчета.

2. Разработана методика исследования влияния поверхностного дефектного слоя на элемента механики - процесса резания. Установлено,-что при срезании его более глубоких слоев изменяется тип • стружки, увеличивается ее сплошность, усадка, объем деформированного металла, интенсивность деформации и уменьшается угол сдвига. Таким образом, при срезании дефектного слоя вдоль режущей кромки инструмента стружка имеет сразу несколько типов. Также установлено, что удельные силы вдоль режущей кромки инструмента имели максимальнее значение в районе дефектного слоя на некоторой удалении от поверхности заготовки.

3. Получена расчетная зависимость для оценки формы износа режущей части инструмента при изменяющихся вдцль реяущей кромки условиях контакта инструмента с удаляемым слоем, имеющим различные по глубине физико-механические свойства. Установлено, что на характер износа и его величину оказывает влияние характер изменения ширины среза при повороте зуба фрезы, которым можно управлять величиной смещения фрезы относительно оси заготовки.

4. Установлено, что при обработке коротких поверхностей вращения для выбранного узла крепления режущих пластин' торцовая фреза с диаметром близким по значению высоте заготовки обеспечит более высокую производительность и благоприятное изменение п&ра-

»

мгч'ров ерезаеисго мол. Однако при вчборэ диаметра грезы необходимо таучитывать условие обеспечения заднего отклонен;:!» от прямолинейности обрабатываемого профиля.

5. Экспериментально получен« зависимости влияния параде гуji срезаемого слоя и скорости резания на ее ставнях:*!« с еилн резания при торцовом фрезеровании наружной цилиндрической поверхности кованых кольцевых заготовок ил титановых сплйроп с « 700,,,ЭСО ?£1а (ПТ-ЗВ, ПТ-ЗМ).

6. Получены стоЯностныа завнсичгсти я сравниваемых метод«1: обработка, на основании которых выполнен срагнительннЯ аналил годов, показала эффективность применения торцового фрезерован;:-; для крупных кольцевы* заготовок из тнтаноянх сплавсз взамен течения.

7. В ходе выполнения работы создана егтно-лремнпленная установка, являющаяся эгеперкиеиталъни» образце« создаваемого c3j-рудс:.«ння, разработаны коиструк::;:/ торцовых фрез. На основании результатов исследования предлстен способ обработки коротких но-взркносгеЯ врадания торцовой фрезой, на который получено авторское свидетельство на изобретение.

8. Результаты работа принята к использованию на ГГ. "Калужский турбинный завод", Верхнесаядинском металлургическом ПО им.

B.И.Ленина. ОхидаегягЯ экономический эффект при этом составил соответственно 35 тчс. руб. и 31 тыс. руб.. Результаты работы бцлн так ке кепольэевакы при разработке технического задания на создание опытного образца специализированного кзруссльнс-фр^зернсгс станка для предварительно;! обработки иольцевцх заготовок в Ульяновском ГСКБ фрезерных станков а ВНИТИ Энергомаз (г. Санкт-Петербург). Экономический эффект от производства и использования станка в расчете на один станок составил 376 тыс. руб. в год.

Основное содержание диссертация отражено в работах:

1. СрезерныЯ модуль для чертовой обработки поверхностей и ранения из труднообрабатываемых материалов / А.И.Созинов, ¡О.З.Ирч-нов, А.Н.Стрспков и др. // Инфоад. листок КМТЦНГЛП (Калуга). -1968. - »263-88. - Зс.

2.- Установка для черновой обработки заготовок типа колец, дисков, шайб методом фрезерования тел вразения / А.И.Ссзкнов,

C.В.Иванов, А.Н.Сг.-омсов и др. // Кнформ. листок КМГ4й"Ш (Калуга). - 1988. - Жбо-ба. - Зс.

3. Иванов D.B., Соэинов А.И. Приспособление для получения

корней стружек /7 Инфсрл. листок КьТЦКТИЛ (Калуга?. - 1К<6. --2с.

■Í. СогкнсБ.А.И., Иванср B.B. Исследоганге процесса обрабст истодок фрсэеро^зиия тел вращения крупных колоцевах эаготово 83 ти'»-бноЕых сплагоз // Автоматизация ,кс;.т 'до^аниЛ, прсекткрозг кип и кспытачай сложных технических сие?-: . Тез. Дом. Всесоко. науч.-техн. кснф. - Калуга, IS8S. - С.217 - 218.

5. Созянсв А.И., Hbühos Л.В, Особенности процесса рэзйк;:я поверхностного слоя титановых полуфабрикатов // Труда «BU, -1939* - Jf523. - С.21 - 36.

6. Исаков D.S., Созкнов А.И. Физичзскис особенности процесса фрезерования поверхность* Ерачения кольцев-jx заготовзг яг труднообрабатываемых сплавов / ¡©ТУ (КалуяскиЯ филиал). - Калуга, 198?. - 40с.: ил. - Екблкогр.: б назв. - Лея. в Е-ЗБПЗЯ» 27.02,39. JÍ63.

7. Сознноз А.И., Иванов Ю.З., Строшков А.Н. Speasposairo крупник заготовок из труднообрабатываемых сплавсв // Станки и инструмент. - 1991. - №2. - С.15 - 17.

В. Иванов Ю.В., Созянов А.И, Особенности износа инструмент; пр'<: черновом фрезерования поверхностей Ераденик заготовок титановых сплавов // СозершанстЕогание технологических процессов изготовления деталей мании: Тез. дакл, Республ. науч.-техн. конф. - Курган, IS9I. - C-I05 - 107.

9. Сшговое фрезерование поверхностей вращения / A.K.Coskhoj D.B.Иванов, Г.В.Зуев и др. // СоБерЕенетвоьгнке технологических процессов изготовления деталей ыагг,:н: Тез. докл. Республ. науч.-техн. конф. - Курган, 1991. - C.I0? -'108.

10. A.C. 1704957 AI СССР, МНИ3 В23С5/06. Способ обработки поверхностей вращения торцовой дрезсй / D.В.Иванов, А.И.Созинов (СССР). -Р 4734431/08(^4887); Заявлено 10.07.89; Опубл. 15.01. 92, Бал. Е2. - Зс.: ил."