автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Особенности тонкого торцевого фрезерования рубиновыми режущими инструментами

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ПО ТОНКОЙ ОБРАБОТКЕ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.&

1.1. Тонкая обработка цветных металлов.

1.2. Цель и задачи исследования.XI

2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ.

3. ПРОЦЕСС ФОРМИРОВАНИЯ СТРУЖКИ ПРИ ТОНКОМ ФРЕЗЕРОВАНИИ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ, НАКЛЕП И ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС.

3.1. Изменение формы стружки при учете скорости деформации и температуры в зоне контакта и связь между ними.

3.2. Качественная оценка оптимальной формы стружки и условия ее образования.

3.3. Объемная деформация стружки как показатель определения "обраб атываемости".

3.4. Упрочненные состояния поверхности при оптимальных режимах резания.¡^

3.5. Температура при тонком фрезеровании латуни ЛС59-1 и дуралюминия Д16 режущими пластинами из синтетического корунда

Выводы

4. АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СИНТЕТИЧЕСКОГО КОРУНДА В КАЧЕСТВЕ РЕЖУЩЕГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ ТОНКОГО ФРЕЗЕРОВАНИЯ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ.

4.1. Обработка цветных металлов режущими пластинами из синтетического корунда,эльбора-Р,гексанита-Р и алмаза

4.2. Некоторые особенности синтетического корунда и применение его в качестве режущего материала для многолезвийного инструмента.

4.3. Синтетический корунд как режущий материал при тонком фрезеровании цветных металлов.

4.4. Износостойкость режущих пластин из синтетического корунда.

4.5. Износостойкость режущих пластин из синтетического корунда при непрерывном облучении источником света . • 77 5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ ТОНКОГО ПРЕРЫВИСТОГО РЕЗАНИЯ ПРИ ОБРАБОТКЕ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ РЕКЩИМИ ПЛАСТИНА

МИ ИЗ СИНТЕТИЧЕСКОГО КОРУВДА.

5.1.Определение оптимальной геометрии реющего инструмента по составляющим сил резания и по шероховатости обработанной поверхности.

5.2. Определение рациональных параметров режимов резания по составляющим силы резания и по шероховатости обработанной поверхности.

Выводы. б. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ. . 1Г

6.1. План расчета минимальной себестоимости технологического процесса при прерывистом резании цветных металлов режущими инструментами из синтетического корунда . П

6.2. Выбор вариантов дня расчета или определения рациональных режимов резания.

6.3. Расчет экономической эффективности применения синтетического корунда

Выводы.

В решениях ХХУ1 съезда КПСС на одиннадцатую пятилетку пре -дусмотрено значительное увеличение производства продукции маши -ностроения и приборостроения. В постановлении ЦК КПСС и Совета Министров СССР было уделено большое внимание на замену дорогостоящих вольфрамо содержащих и природных алмазных материалов на более дешевые и доступные материалы.

Интенсификация процессов обработки материалов резанием является одним из важнейших направлений развития металлообработки. Одним из путей интенсификации процессов обработки является оп -ределение рациональных условий обработки, применение при этом новых дешевых заменителей дорогостоящих режущих материалов, а также разработка новых конструкций рещущих инструментов, что в конечном итоге способствует уменьшению трудозатрат.

В машиностроении и приборостроении в последнее время стали применять пластинки из синтетических корундов при обработке цветных металлов дня непрерывных процессов резания - точение и др.

Режущие инструменты из синтетических корундов стали конкурентами алмазных инструментов благодаря своей дешевизне и простоте конструкции, а также большими размерами режущего лезвия. При токарной обработке цветных металлов резцы синтетических корундов в некоторых областях машиностроения и приборостроения успешно заменили алмазные резцы.

Применение синтетического корунда при прерывистых процессах обработки, например, фрезеровании и др., также даст возможность повысить эффективность процесса обработки за счет с ниже -ния стоимости инструментального материала и в ряде случаев за -мены шлифования тонким фрезерованием пластинами из синтетичес кого корунда. Показано также, что применение синтетического корунда значительно повышает экономичность обработки.

Поэтому исследование процесса прерывистого резания цветных металлов режущими пластинами из синтетических кору вдов имеет большое практическое значение'.

Пластинки из синтетических корундов могут быть эффективными также при прерывистом резании - для получения декоративных поверхностей цветных металлов, что в настоящее время выполняется природным алмазом.

Пластинки из синтетических корундов можно применять взамен алмазных в авиационной промышленности для обработки крышек подшипников, блоков цилиндров, корпусов и крышек двигателей, деталей из легких сплавов, а также радиотехнических и медицинских изделий.

Применению синтетического коруцца при прерывистых процес -сах резания, например при фрезеровании препятствует большая склонность синтетического коруцца к хрупкому разрушению по сравнению с алмазными пластинами. Очевидно, что если создать условия9 повышающие хрупкую прочность и износостойкость синтетического коруцца* то можно будет использовать их в качестве режущих пластин и при фрезеровании.

В настоящей работе показано, что повышения прочности и износостойкости синтетического корунда можно достигнуть с помощью облучения монокристалла синтетического корунда источником света и соответствующей ориентацией монокристалла относительно его оптической оси.

В связи с этим использование синтетического коруцца взамен алмазных инструментов является актуальной задачей металлообра -ботки, в частности для цветных металлов.

I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ПО ТОНКОЙ ОБРАБОТКЕ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

ОБЩИЕ вывода

1. Предложено применять синтетический корунд в качестве режущего материала для лезвийного инструмента при тонком фрезеро -вании цветных металлов взамен алмазных и других сверхтвердых материалов, что позволяет от 5 до 30 раз снизить затраты на инст -румент.

2. В качестве 1фитерия, определяющего рациональный диапазон режимов резания, при тонком фрезеровании цветных металлов режу -щими инструментами из синтетического корунда, можно использовать радиус завитка стружки. Критерием для оценки качества поверхно -сти можно считать степень и глубину наклепа.

3. При фрезеровании цветных металлов латуни ЛС59-1 и бронзы Бр010-1 установлено, что контактные пластические деформации отсутствуют и деформация совершается в основном в зоне стружкооб -разования.

4. Установлено, что объемная деформация и отношение показателя политропы к пределу текучести являются характеристикой обрабатываемости при фрезеровании различных цветных металлов режущими инструментами из синтетического корунда.

5. Износостойкость режущих пластин из синтетического корунда больше цри той ориентации, когда главная оптическая ось параллельна режущему лезвию и перпендикулярна оси второго порядка, проходящей через режущее лезвие, и составляет 200.250 км при = 0,1 мм. Критерием затупления взята шероховатость обработанной поверхности /?а= 0,63 мкм.

6. Облучение режущих пластин синтетического коруцца источ -ником света в диапазоне мощностей 400.500 Вт из-за торможения дислокаций повышает режущие свойства синтетического корунда до 1,5 раза по сравнению с режущими пластинами без облучения.Вследствие этого режущие свойства синтетического корунда становятся идентичными режущим свойствам алмазов. Длина пути резания сос -тавляет до 350 км.

7. Температура при тонком фрезеровании латуни ЛС59-1 и дурашоминия Д16 при рапиональных режимах резания не превышает соответственно от 130.150°С и 140.170°С, что создает условия для повышения работоспособности инструмента облучением источни -ком света.

8. Шероховатость обработанной поверхности при тонком фрезеровании цветных металлов режущими пластинами из синтетического корунда находится в пределах /?а - 0,63.0,04 мкм при V = 200.400 м/мин, 51 = 0,007.0,07 мм/зуб и =0,05. .0,15мм. Режимы резания определяются из критериев сил резания и шероховатости обработанной поверхности.

9. При обработке цветных металлов режущими пластинами из синтетического корунда рекомендуются следующие геометрические параметры: $ =-3°.-9°, о( =3°.9°,Л =3°.9°, Г =0,3.0,6мм, р = щ =45°, которые определяются из критериев сил резания и шероховатости обработанной поверхности.

10. Полученные результаты внедрены на Ереванском экспериментальном заводе радиофизических исследований и Киевском станкостроительном ПО им.М.Горького. Годовой экономический эффект соответственно 3280 руб. и 3500 руб. (для одного типа детали).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Одной из основных задач металлообработки является интенсификация процессов с определением рациональных условий, применение новых дешевых инструментальных материалов для различных процессов обработки.

Обработка цветных металлов режущими инструментами из синтетического корунда показала, что по шероховатости обраЗотанной поверхности они достигают алмазных инструментов и превосходят инструменты из синтетических сверхтвердых материалов. Благодаря большим размерам моно|фисталла корунда можно изготовлять пластины любой формы и размеров с учетом также дасталлографической ориентации. Исходя из этого, его можно применять цри обработке декоративных поверхностей и ювелирных изделий,

В разных отраслях металлообработки применение этих инструментальных материалов сокращает технологический цикл от заготовки к готовой детали. Например, обработка деталей типа клин, где требуется высокий класс шероховатости и точности, обработка этими инструментальными материалами вытеснила процесс шлифовки.

При облучении пластин из синтетического корунда источником света можно увеличивать прочность и износостойкость за счет при-торможения дислокации внутри кристалла. Существующие различные методы облучения и увеличение физико-механических свойств выращиваемых новых кристаллов может в дальнейшем увеличить его диапазоны использования, в чем особо нуждаются ювелирная, медицинская и рацио промышленности.

В дальнейшем требуют решения следующие задачи:

1. Разработка новых конструкций режущих инструментов для других типов обработки в производстве.

2. Исследование особенностей синтетического корунда для обработки цветных металлов с целью выявления новых характерно -тик, способствующих увеличить стойкость,

3, Создание научных основ для объяснения фотопластического эффекта при облучении монокристаллов корунда для различных ти -нов металлообработки, а также применение других физических яв -лений, которые должны увеличить эксплуатационные возможности режущих инструментов из монокристаллов.

1. Абуладзе Н.Г. Характер и длина пластического контакта стружки с передней поверхностью инструмента. Сб."Обрабатываемость жаропрочных и титановых сплавов", (труды Всесоюзной межвузовской конференции). Куйбышевское книжное издательство, 1957, стр.

2. Аваков A.A., Хачатрян Г.Г. Технология изготовления резцов из синтетического корунда.- В сб.: Резание и инструмент. Вып.5. Харьков, 1972, с.18.22.

3. Аваков A.A., Хачатрян Г.Г. Врезное точение цветных металлов рубиновыми резцами.- Станки и инструмент, 1973, № I, с.23. 24.

4. Аваков A.A., Хачатрян Г.Г. Стойкость рубиновых резцов в зависимости от ориентации 1фисталлов корунда. "Вестник машиностроения", 1972, № 7, с.72.73.

5. Аваков A.A., Хачатрян Г.Г., Арзуманян A.M. Тонкое фрезерова -ние цветных сплавов рубиновыми режущими пластинками. "Резание и инструмент". Харьковский республиканский н.т.оборник.Харь -ков, 1974, вып.П, C.I9.22.

6. Аваков A.A., Хачатрян Г.Г., Арзуманян A.M. Тонкое точение цветных металлов безвершинными резцами оснащенными пластинками из синтетического рубина. Известия вузов, машиностроение, изд-во МВТУ им.Баумана, № 3, 1974, с.153.156.

7. Аваков A.A., Хачатрян Г.Г., Киракосян Э.М. Применение рубиновых резцов при тонком продольном точении цветных металлов. М., "Вестник машиностроения", 1971, № 7, с.71.72.

8. Арзуманян A.M. Тонкое фрезерование цветных сплавов рубиновыми режущими пластинками.Известия вузов (машиностроение), изд-во МВТУ им.Баумана, № I, 1976, с.171.174.

9. Арзуманян A.M. Рубиновые фрезы для обработки цветных металлов. "Промышленность Армении", № 7, 1976, с.69.70.

10. Арзуманян A.M. Исследование летучей фрезы, оснащенной рубиновой режущей пластинкой при врезном фрезеровании деталей внешнего оформления. Сборник материалов X конференции, часть 3, Ленинакан, 1976, C.I48.I50.

11. Арзуманян A.M. Двухкомпонентный динамометр для измерения усилий при тонком торцевом фрезеровании цветных металлов. Сборник материалов X конференции, часть 3, Ленинакан, 1976,с.225.228.

12. Арзуманян A.M. Тонкая прерывистая обработка цветных металлов режущими пластинками из синтетического корунда, эльбора, гексанита и алмаза. "Вестник машиностроения", М., № 4, 1981,с.55.56.

13. Арзуманян A.M. Многолезвийный инструмент, оснащенный пластинкой из синтетического коруцца. Информационный листок

14. АрмНИИНТИ, машиностроение, серия 10-08, 1980, в 2-х стр.

15. Арзуманян A.M. Тонкая обработка медных и алюминиевых спла -вов режущими пластинками из лейкосапфира и рубина "Роза". Синтез и применение сверхтвердых материалов, изд.ИСМ АН УССР, 1981, с.64.66.

16. Арзуманян A.M. Температура при тонком фрезеровании латуни ЛС59-1 и дуралюминия Д16 режущими пластинками из синтетического лейкосапфира. "Вестник машиностроения", библиографи -ческий указатель ВИНИТИ "депонированные рукописи", 1983,1. I, С.84.85.

17. Арзуманян A.M. Повышение износостойкости режущих пластин из синтетического корунда. Сборник материалов юбилейной н.т. конференции, посвященной 50-летию ЕрПИ, 1983, с.47.49.

18. Арзуманян A.M., Багдасарян Г.Б. Методика расчета оптимальных условий резания на ЭВМ при некоторых их ограничениях. Сбор -ник материалов XI конференции, часть 3, Ленинакан, 1977,с.247.252.

19. Арутюнян A.M. Исследование стойкости резцов, оснащенных пластинками из синтетического корунда при точении цветных металлов. "Промышленность Армении", № 3, 1970.

20. Арутюнян A.M. Комплексное исследование режущих свойств рез -цов из лейкосапфира при чистовом точении цветных металлов. Канд.дисс., Ереван, 1971, 27 стр.

21. Арутюнян Г.А., Багдасарян Г.Б. Влияние скорости деформациина усадку снимаемого слоя при строгании. Сборник научных трудов ЕрПИ, том 24, 1972, изд-во "Айастан", с.88.97.

22. Арутюнян Г.А., Багдасарян Г.Б. К вопросу об изучении показателей упрочнения статистическим методом планирования экспе -риментов. "Воздействие режущего инструмента на физические свойства металлов", вып.Ш, изд-во АН Арм.ССР, Ереван, 1973, с.25.ЗХ.

23. A.c. 348296 {СССР). Режущая пластинка / Арутюнян А.М.-Опубл. в Б.И., 1972, № 25, 3 стр.

24. A.c. Способ обработки /Арзуманян A.M. Положительное решение Госкомизобретений по заявке № 3653403/25-08, от 24.05.84,3 с.

25. Багдасарян Г.Б., Арзуманян A.M. Определение оптимальных параметров прерывистого резания цветных металлов. Известия АН Арм.ССР, серия технических наук, том ХХХП, $ 4, Ереван,1979, с.53.56.

26. Багдасарян Г.Б., Геворкян А.О. Исследование характера формирования оптимальной формы стружки по ее объемной деформации при работе неперетачиваемыми резцами конструкции ВНИИ. Сборник материалов X конференции. ч.З, Ленинакан, 1976, с.177. 187.

27. Багдасарян Г.Б., Геворкян А.О. Методика применения факторного планирования при резании металлов. Сборник научных трудов Ленинаканского филиала ЕрПИ, IX том, 1976, с.242.248.

28. Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов. "Машиностроение", М., 1975, 344 стр.

29. Вульф A.M. Резания металлов. "Машиностроение", Л., 1973,496 с.

30. Верещака A.C., Летун Ф.М. Некоторые особенности процесса тонкого точения алмазными и рубиновыми резцами. Сборник "Резание и инструмент", Харьков, вып.1/13, 1970, С.60.65.

31. Рильман A.M. Оптимизация режимов обработки на металлорежущих станках. "Машиностроение", М., 1972, 188 с.

32. Гордон Р. Влияние освещения на механические свойства щелочно-галоидных кристаллов. Динамика решетки. Физическая акустика. Под ред.У.Мэзона, том Ш, часть Б, "Мир",1968, C.I22.I55.

33. Жеков Георги. Определение режимов резания, исходя из производительности и экономичности обработки. "Машиностроение", 1973, В I. с.22.

34. Заимцян Г.М., Арзуманян A.M. Тонкая обработка цветных металлов. "Промышленность Армении", № 3, Ереван, 1983, с.51.53.

35. Зорев H.H. Вопросы механики процесса резания металлов. Маш-гиз, М., 1956, 368 стр.

36. Зубарь В.П., Крюков В.К. Некоторые вопросы алмазного точения. "Станки и реж.инструменты". Республ.межвед.научно-технический оборник" вып.1, с.61.64, 1966.

37. Зубарь В.П., Крюков В.К. К вопросу о стружкообразовании при точении цветных металлов резцами из синтетических алмазов. "Резание и инструмент". Ресцубл.мев.тем.Научно-технич.сб.1970, вып.2/14, C.I2I.I23.

38. Каминский М.Е. 0 физико-химических свойств алмаза. "Станки и инструмент", $ 3, 1963.

39. Капелевич И.И., Кононович А.Ю., Николаев В.А. Тонкое точение резцами из лейкосапфира. "Станки и инструмент", J£ I, 1970.

40. Касьян М.В. Скорость резания при оптимальной деформациистружки. Грузинский идцустриальный и-т. "Известия" книга № 14, 1941.

41. Касьян М.В., Арзуманян A.M. Эффективность облучения корундовых пластин монохроматическим светом в процессе резания.Изв. АН Арм.ССР, серия технических наук, том ХХХУП, № I, 1984, С.3.7.

42. Касьян М.В., Багдасарян Г.Б., Арзуманян A.M. Объемная деформация стружки, как показатель обрабатываемости. Известия АН Арм.ССР, Серия технических наук, том XXX, № 5, 1977, Ереван, C.5.II.

43. Касьян М.В.; Багдасарян Г.Б., Арзуманян A.M. Рубиновый кристалл в качестве режущего материала при тонком фрезеровании цветных металлов. Прогрессивные технологические процессы в инструментальном производстве. М., 1979, с.196.

44. Касьян М.В., Багдасарян Г.Б., Арутюнян Г.А. Методы планирования экспериментов в области резания металлов и математической обработки результатов. Изд-во "Айастан", Ереван, 1976, 192 стр.

45. Касьян М.В., Багдасарян Г.Б., Арутюнян Г.А. Об одном комплексном методе оптимизации процесса резания. Оптимальные режимы резания, вып.У, АН Арм.ССР, Бюраканский оптико-механическая лаборатория. Изд-во АН Арм.ССР, 1977, с.27.31.

46. Касьян М.В., Багдасарян Г.Б., Арутюнян Г.А. Оптимизация режимов резания при решении технологических задач. Изд-во "Айастан", Ереван, 1981, 184 стр.

47. Касьян М.В., Маркарян Г.К. Высокое качество поверхности,упрочнение- основа повышения надежности, Ереван, 1966,133 стр.

48. Касьян М.В., Минасян Г.С., Багдасарян Г.Б. Построение мате -матической модели для расчета составляющей силы резания при точении безвершинными резцами. "Промышленность Армении",№ I,1971, с.14.18.

49. Касьян М.В., Минасян Г.С., Багдасарян Г.Б., Арутюнян Г.А.

50. О некоторых закономерностях при применении безвершинного резца БРМ-I. "Физика резания металлов", вып.2, изд-во АН Арм.ССР, Ереван, 1973, C.I7.38.

51. Кацев П.Г. Статические методы исследования режущего инструмента. "Машиностроение", М., 1974, 131 стр.

52. Кацев П.Г. Статистические методы исследования режущего инструмента. "Машиностроение", М., 1968, 156 стр.

53. Корытин A.M., Шапарев Н.К. Оптимизация управления металлорежущими станками. "Машиностроение", М., 1974, 200 стр.

54. Красильщиков Ш.А. Отделочная обработка методом тонкого резания. "Машиностроение", 1967, № 5, с.13.15.

55. Круглов Г.А. Чистота поверхности деталей часов после обра -ботки микролезвийными алмазными резцами. В сборнике "Обра -ботка машиностроительных материалов алмазными инструментами", М., "Наука", 1966, C.2I9.225.

56. Круглов Г.А. Обработка алмазными резцами деталей приборов. Изд. "Машиностроение", М., 1968, 226 стр.

57. Кузнецов В.Д. Физика твердого тела. Том 5, Томск, 1948.

58. Куфарев Г.Л., Козлов A.A. 0 методике разделения сил резания при торцевом фрезеровании цветных металлов. "Изв.Томск.политехи, института", 1970, с.с.157,126.128.

59. Летун Д.М. Исследование процесса точения адмазными и рубиновыми резцами. Канд.диссерт.М., 1967.

60. Лещинер H.A., Свиринский P.M., Ильин В.В. Лезвийные инстру -менты из сверхтвердых материалов. "Техника", 1981, 120 стр.

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

62. Лоладзе Т.Н. Стружкообразование при резании металлов. Маш-гиз, 1952, 200 стр.

63. Маликов В.Н. Определение остроты режущего лезвия по изображению элипса "Известия вузов машиностроение; № 4, 1961.

64. Макаров А.Д. Износ и стойкость режущих инструментов. Изд-во "Машиностроение", М., 1966, 264 стр.

65. Макаров А.Д. Оптимизация процессов резания. М.,"Машиностроение? 1976, 278 с.

66. Макаров А.Д., Шустер Л.Ш., Шаров Г.А. Установление оптимальных режимов чистового точения на основе метода факторного планирования эксперимента. "Труды Уфим.авиац.ин-та", 1973, вып.54, с.38.,.41.

67. Маркарян Г.К., Арутюнян A.M. Оптимизация геометрии режущей пластинки из синтетического корунда. "Промышленность Армении", № 7, 1970.

68. Маркарян Г.К., Арутюнян A.M. Исследование влияния режимов резания на стойкость пластин из лейкосапфира и чистоту обработанной поверхности. "Промышленность Армении", № 12, 1970.

69. Маркарян Г.К., Арутюнян A.M. Силы резания при точении цветных сплавов пластинками из синтетического лейкосапфира. "Промышленность Армении", № 4, 1974.

70. Методы и приборы для контроля качества кристаллов рубина. "Изд-во "Наука", М., 1968, 83 стр.

71. Механика прямоугольного резания: Влияние скорости деформа -ции и температуры на трение в зоне контакта инструмент-станка. ЭИ. РИ, № 16, 1970, C.I.27.

72. Оксли П.Л. Скорость деформации при резании металла. Амери -канское общество инженеров механиков. Труды, том 85, серия В, № 4, 1963.79