автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Повышение эффективности глубинного шлифования жаропрочных сплавов с использованием высокопористого абразивного инструмента специальной структуры

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ, ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ РФ

Московский ордена Трудового Красного Знамени станкоинструментальный институт

На правах рукописи

ЗУБКОВ Андрей Борисович

УДК 621.922.025

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГЛУБИННОГО ШЛИФОВАНИЯ ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВЫСОКОПОРИСТОГО АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА СПЕЦИАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ

Специальность 05.03.01 — Процессы механической и физико-техиической обработки, станки и инструмент

Автореферат диссертации на соискание ученой степени < кандидата технических наук

МОСКВА 1992

Работа выполнена в Московском ордена Трудового Красного Знамени станкоинструменталъном институте.

Научный руководитель заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор В. К. Старков.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Н. С. Ры-кунов; каидндат технических наук В. К. Ермолаев.

Ведущее предприятие — ММПО им. ВЛЗ^ Чернышева, г. Москва.^ ^

Защита состоится ä Оßßi 1992 года,, в 'fä ча-

сов, на заседании специализированного совета К 063.42.05 при Московском станкоинструментальном институте по адресу: 101472, ГСП, Москва, К-55, Вадковскии пер., д. 3-а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского станко-инструментального института.

Ваш отзыв на автореферат, заверенный печатью, просим направлять по указанному адресу.

Автореферат разослан « сР^ > еентя&^я 1992 ,ода.

ОЩАЯ ХДОАКТЕШСТИКА. РАБОТЫ

Актуальность проблем». Одним из путей повышения эффективное- ,-. Г2 механической обработки деталей из труднообрабатываемых материалов является внедрение е производство процесса глубинного -шлифования.

На сегоднешний день наибольшее развитие в начнем стране глубинное шлифование получило в авиационной промышленности при обработке деталей;газотурбинных двигателей (обработка поверхностей замка и бандажных полок лопаток ротора турбины и соплоеого аппарата, рабочих й-направляющих лопаток компрессора и др.), трудоемкость изготовления которых достигает 40$ л более от общей трудоемкости газотурбвнног-о двигателя. Внедрение процесса глубинного шлифования взамен ранее используемой серийной технологии трезеро-вания "елочного" профиля хвостоЕика лопатки позволило повысить точность обработки в 3 раза и на 2-3 класса улучшить шероховатость обработанной поверхности, сформировать благоприятные качественные показатели поверхностного слоя и повысить производительность обработки в 4-6 и более раз.

Основной негативной особенностью процесса глубинного шлифования является его повышенная теплоиапряженность. Зта особенность процесса объясняется тем, что'лишь Ъ$ расходуемой энергии"приходится на резание в пластическое, деформирование обрабатываемого материала, а остальные 97$ - на трение. При этой, по мнению специалистов, при^глубинном шшйовании отсутствует процесс самозатачивания инструмента.

Одним из эсрфекткЕНЕХ путей слг^ешш-геплонапрязсежостн является совершенствование пспользуеглого абразивного инструмента. Однако выпускаемый в настоящее время отечественно:'! промышленностью высокопористый инструмент отличается низкой технологичностью изготовления и значительным разбросом физико-механических к эксплуатационных свойств. I

В связи с этим задача разработки высокодоркстого инструмента повышенной производительности с необходимыми эксплуатационными свойствами для процесса глубинного шш^овалия каропрочных сплавов является актуальной. • • |

Цель работы. Целью диссертационной работы является повышение эффективности глубинного шлифования ларопрочных никелевых сплавов на основе применения вксокопористого абразивного инструмента улучшенной работоспособности.

Для достижения указанной цели были выявлены характер и степень влияния компонентов рецептуры круга и условий его эксплуатации на показатели геометрии его .режущей поверхности, режущую способность и качество обработки. Это позволило_создать предпосылки для решения' оптимизационной задачи Еыбора'характеристики абразивного инструмента'и'назначения режимов резания в зависимости от условий эксплуатации инструмента и требований, предъявляемых к обработке.

Методика исследований. Теоретические исследования базируются на основных положениях теории резаная материалов, физики твердого тела, теории планирования экспериментов и математической статистики. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных условиях с использованием современной контрольно-измерительной аппаратуры и на производстве. Статистическая обработка результатов исследований проводилась при помощи методов регрессионного анализа на ЭШ.

Научная новизна работы состоит в:

- выявленном характере и степени слияния компонентов рецептуры круга и условий-его эксплуатации на показатели геометрии его режущей поверхности, рекущей способности и качества обработки;

- математических моделях шлифования, представляющих собой зависимости параметров шлифования (силы резания, удельной производительности, шероховатости обработки и др.) от факторов шлифования (зернистости абразива, размера наполнителя, объемных долей зерна, связки и наполнителя, скорости резания и др.).

Практическую ценность тлеют разработанные и экспериментально проверенные: |

- рецептуры высокопористых абразивных кругов специальной структуры повышенной производительности;

- рекомендации по выбору характеристики разработанного инструмента и назначению условий его использования на операциях глубинного шлифования деталей из каропрочных никелевых сплавов.

I '

I

I

I

Реализация работы. Разработанный высокопорнстыл инструмент дециальноп структуры. и рекомендации по его использованию внедрены . ;а ьйлПО им. В.Б.Чернышева ¡¡а операциях глуйшного сишйозанЕЯ бан-ссшшх полок лопаток ротора турбины и внутреннего шлифования секторов лопаток и лопаток 2-й ступени статора турбины. Результаты 5абот рекомендованы в учебяш процесс ло курсу "Методы абразивно" >бработкп".

Апообаяия работы. Основные положения и еие-оды дяссертацпон-той работы докладывались на Международном научно-техническом се-лияаре "Проблемы резаная материалов в совреыентсс технологически: процессах", Алушта, 1991 г.; на сешшаре "Финишные методы обработки деталей", Ижевск, 1391 г.; на Всесоюзном научно-техническом зег.шнаре "Наукоемкие технолоиа размерной обработки в производстве деталей машин", Звенигород, 1952 г.; на заседаниях кафедры "Резаное материалов" Московского станкоинструментальнэго института.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатное работ.

Структура и объем работы, диссертация состоит кз введения, пята глав, общих выводов, списка литературы

калг:С-пов?кги1)

к прзлойея;$, изложена на страницах ь'ёпшюппепото текста, содзраит рисунков и Л<? таблиц.

сожгла работы

Во введении обосновывается актуальность работы, дается ее общая характеристика, показана ее направленность и научная новизна.

3 л5пвок главе проведен анализ соврекеялого состояпня вощ.сса, с;доа:улн|;ованы цель и задачи исследований.

Комплексные псследозашш, проводимые в наМ'О.': стране с 1У7ог. , показали, что глубинное ш^г/; сванке в надче'Ж'д:::: условиях сочетает в себе характерные черты лезвийной обработки, пологштелы-шз признаки обдирочного, чистового м скоростного иш «Еашш. Ъ настоящее вреш наибольшее развиткв ге напей стране процесс глубинного ши;-с-овачая полупил в аззнал;;о;;Ко:: яроквдхеняоети при обработке детале.ч' из наропрочгшх никелевых сплавов. Низкая обрабатываемость этих

I (

сплавов, связанная с особенностью физико-механических свойств, определяет повышенную теплонаарякенность процесса ишисТх>Еаьшя. Одним из эффективных путей снижения теллонапряженностп является совершенствование используемого абразивного инструмента.

На работоспособность абразивного инструмента основное влияние оказывает состояние его режущей поверхности, геометрия которой определяет как условия микрорезания единичным зерном, так и количество зерен, одновременно участвующих в резании. От параметров геометрии рельефа в непосредственной зависимости находятся темпе-ратурно-силовые- показатели состояния: процесса. Исследованию этого вопроса посвящены-работы Е.Н.Маслота, С.Г.Редько, С.А.Попова, В.К.Старкова, Б.И.Островского, И.Б.Лаврова, А.В.Королева, А.К.Бай-калова и др. авторов. Применительно к высокодористоыу абразивному инструменту подобные работы были предприняты в ЫГТУ ш. Н.З.Баумана (С.А.Попов, Л.С.Соколова, Р.Б.Ананьян). В то же. гремя сведения из литературных источников по этому вопросу не систематизированы и отличаются большой противоречивостью.

Проведенный анализ состояния вопроса позволил ссГхэрдулироватъ основные требования, предъявляемые к абразивному инструменту на операциях глубинного шлифования жаропрочных сплавов. Они включают в себя обеспечение необходимых параметров точности обработки, снижения теплонапряяенности процесса за счет облегчения подаода смазочно-охлавдащей жидкости в зону резания, свободного размещения стружки в порах круга и т.д. Нельзя забывать и об экономической стороне вопроса, где определяющее значение приобретает стойкость алмазных правящих роликов. Перечисленным требованиям в наибольшей степени отвечают мелкозернистые высокоыягкие круга повышенных номеров, структур. Изготовление подобного инструмента невозможно без введения в состав рецептуры круга дополнительных компонентов в виде порообразующих наполнителей.

Так же были выявлены условные тенденции совершенствования абразивного инструмента в $тоы направлении. Это:

- изготовление инструмента повышенной пористости со стабильными рекущиш свойствами;

- создание экологически чистой технологии изготовления высокопористого инструмента;

- применение новых абразивных материалов (в том числе сверхтвердых), связок, порообразующих наполнителей и т.п.;

- оптимизация эксплуатационных характеристик абразивного инструмента;

- разработка высокопористого инструмента дая повышенных скоростей шлифования (более 60 м/с);

- применение различных технологических средств (ПАВ) для пропитки кругов;

- разработка абразивного инструмента с прерывистой рабочей поверхностью и т.д.

Исходя из вышеизложенного были определены основные задачи диссертационной работы:

- разработка модели рельефа режущей поверхности шлифовального крута и ее взаимосвязи с параметрами характеристики и условиями шлифования;

- разработка внсокопористого абразивного инструмента специальной структуры с заданной характеристикой по твердости, зернистости, номеру структуры, процентному содержанию п размеру порообра-зущего наполнителя;

- исследование работоспособности нового абразивного инструмента на операциях глубинного шлифования;

- анализ качества обработки жаропрочных никелевых сплавов при глубинном шлифовании разработанным инструментом;

- проведение производственных испытаний и внедрение результатов работ.

Следует отметить, что проводимые исследования являлись продолжением работ по разработке и внедрению технологии изготовления и условий эксплуатации высонопористого абразивного инструмента повышенной производительности, проводткх в ыосстанкине с 1383 года, но на другом качественном уровне, с использованием коею: технических идей.

Бо второй главе рассмотрены отличительные особенности строения разработанного высокопорпстого абразивного инструмента социальной структуры.

Проведенный анализ существующих технологий изготовления ви-сокопористого абразивного инструмента позволил разделить их на два типа. К первому относятся высокопористке крути открытой структуры, в которых формирование искусственных пор происходит либо за счет выгорания! или выплавления порообразувщего наполнителя, либо путем

пено- щш газообразования. Ко второму типу относятся круги закрытой структуры, получаете путем введения в состав круга невыгора-вдего порообразующего наполнителя, в частности полых электрокорундовых микросфер.

При изготовлении разработанного высокопористого инструмента в состав круга вводится как выгорающий наполнитель (косточки фруктовые - КФ), так и невыгоращий наполнитель (полые электрокорун-дозые микросферы - Г.1С). Зто позволяет объединить е одном круге основные преимущества высокопористого инструмента обеих типов. Так, наряду с получением крупных пор, обеспечивающих лучшее охлаждение зоны резания и возможность размещения в них стружки, повысилась равномерность распределения абразивных зерен по объему инструмента и стабилизировались, тем самым, его свойства, были созданы предпосылки для равномерного износа круга из-за введения дополнительного слабого зЕена - МС, повысились прочностные свойства кругов и т.д.

Для разработки рецептур ноеоро инструмента были проведены работы по изучению физико-механических свойств принятого порообра зугацего наполнителя - насыпного.Беса, плотности, водопроницаемости п др. Также были получены количественные значения содержания единиц наполнителя в одной грамме с учетом размера фракции и допустимого (по ГОСТу или ТУ) и реальному (по случайной выборке) процентному содержанию фракций в общем объеме данной зернистости. Подобная работа была проведена и применительно к абразивному зерну ¡ларки 24А. Полученные результаты позволили определить основные характеристики внутреннего строения разработанных внсокопорпстых шлифовальных кругов - среднее расстояние (шаг) между абразивны::* зернами, микросферами и искусственно созданные яорнын в объеме инструмента в зависимости от зернистости (с учетом содержания по фракциям) и объемного содержания зерна и и/о наполнителя.

В то яе время исследование внутреннего строения шлифовального круга еще не позволяет судить о реальном расположении абра-зкеннх зерен и закономерностях изменения их геометрии на рабочей поверхности. Определяющая роль в форшцювании реального рельефа на поверхности круга принадлежат процентного содержанию и типу связки и условиям правки (типу и характеристике правящего инстру мента, режимам правки). Нельзя забывать и <р том, что геометрия режущего профиля постоянно изменяется в процессе илифованпя в за висиыостн от условий работы круга. I

Для исследования реальной геометрии рельефа рекущей поверхности шлифовального круга была изготовлена специальная установка, позволяющая производить запись профилограмм с режущей поверхности круга (в направлении его вращения) при увеличении: горизонтальном - х27 и вертикальном - хвОО. В качестве ощупывающего элемента била использована игла.с алмазным наконечником, геометрия которой позволяла достаточно полно воспроизводить реальное состояние исследуемого профиля. Запись прошилограш проводилась как после правки круга, так ж после его"работы (снятия 55 ш"* материала на I мм ширины круга). Для анализа полученных результатов была использована методика, разработанная в МГГ7 им.Н.Э.Баумана. Обработка про-шклограмм позволила построить графические зависимости, отражающие взаимосвязь принятых параметров рельефа реэхущей поверхности круга с варьируемыми факторами его характеристики. Пример такой взаимосвязи выборочно показав ira рис.1. В табл.1 приводятся результат." подсчета процентного соотношения одно-, двух- и многовершинных выступов в промежутке от 0 до 30 мкм.

Принятые показатели рельефа достаточно полно характеризуют состояние рабочей поверхности круга. Основываясь на них можно контролировать количество активных рекукш: зерен на режущей поверхности и степени затупления круга, судить о целесообразности назначения характеристики круга в зависимости от конкретных требовали!: к обработке и условиям работы инструмента. Так, для улучшения режущих свойств, круга, необходико стремиться к уменьшению относительной опорной дайны профиля и средней длины отрезков Еыступов, увеличению среднего расстояния между выступами и доли однозерыинных выступов. Эти-,! требования?.!, как показывают исследования, в наибольшей степеш1 отвечают крути повышенных номеров зернистости, наиболее мягкие и высоких номеров структур. Однако это не всегда приемлемо, в частности,, в тех случаях, когда необходимо получить минимальную иероховатоцть обработанной поверхности или повысить 1<ромко стойкость крута.

Таким образом, проведенные исследования позволили создать предпосылки для управления рельефом реяущей поверхности шлифовального круга путем изменения его характеристики.

3 третьей главе кзлояена методика проведения экспериментов и приведены результаты лабораторных испытаний разработанного инструмента. !

Рис Л. Зависимость параметров геометрии рельефа режущей поверхности шлифовальных кругов от зернистости инструмента. 24А...Ы2^Ш2К5-МС10/100-КФ5/400. I - 10В, 2 - 12В, 3 - 16В 4 - 25В.----после праквп,----после шлифования

Табл.1. Процентное соотношение одно-, двух- п многовершинных выступов в интервале уровней от 0 до 30 мкм после правки и работы круга в зависимости от зернистости инструмента. ( условия те же )

Условия записи Количество й зернистости

рель аса Еершгл 1С© 12В 16В 25В

после .п паз кб 1 2 83,3 10,0 80,3 11,5 . 73,2 17,0 с ,'и 78,9 15,8 и

после, шлисоо^ашя 1 2 п 82,4 5,8 7,8 79,2 17,0 3,8' 77.4 14.5 8,1 69,6 26,1 4,3

Эксперименты проводились на станке ЗГ7В/1, модернизпросанишл под стенд дая исследования процесса глубинного шлифования. 13 качестве COS был принят 2^-нкй раствор эмульсола "Акеол -2", подаваемый как в зону резаная с Pj= 0,23 НПа и Öj= 90 л/мин, так и для очистки круга с Pg= 0,4 Lffia и Qg= 25 л/мин. Правка кругов производилась алмазным правящим роликом 1Ш 100x52x56 АС 4LÜ/3I5

на следующих режимах: V„n= 27 м/с, Vn= 20 м/с, S= 1,0 мм/мпн,

ti-iJ у

= ОД мм, направление вращения ролика - попутное. В качестве

обрабатываемого материала били приняты различные марки лсарощючких никелевых сплавов, в том числе ХН77ТКЗР, ÜC6K, 1Ш1-127 и др. Размера образцов - 55x5,5x20 мм.

Для испытаний била изготовлена широкая гамма абразивного инструмента с большим диапазоном характеристик: материал абразивного зерна - 24А.; зернистость - 10, 12, 16, 25; твердость -ЧХ1-Ы2; номер структуры - 10-14; связка - К5ПГ; размер п/о наполнителя: ГЛС - 40-200 ,глкм, КФ - 160-5СС:,мш; /5-ное содержание п/о наполнителя: I.iC - 0-20, дФ - 0-10. Реяимы шлцсования гарьирогались в следувдих пределах: V „п= 15-35 м/с; \Л = 50-250 ш/инп; t = 0,5-2,5 мм; схема шлифования - попутная и встречная.

В качестве оценочных параметров работоспособности инструмента были приняты: ■ -

- скорость съема материала - QH, ш^/мин и.;;

- скорость изнашивания крута - Q ; тУ/тт ш;

- удельная производительность шпигования - Ц, = Q4/Qr0.

- составляющие силы резания - Р и Pr, II;

- энергоемкость проуесса шлифования - g , £ = Р • V KD/ V д-t - Ь, wä/üM3;

Експортаонтн неохот«в два этапа. На первой этапе било выявлено влияние компонентов характеристики круга на его pessyiiy» способность. Все эксперименты проводились при следующих условиях: V Кр= м/с; \/д= IC0 нм/шн; t - 1)0 ш; схема шлифования -попутная.

По полученным результатам были построены графики зависит,адсти, увязывающие факторы процесса шлифования с параметрами работоспо*-собности инструмента. Выборочно на pnd.2 показана такая взаимосвязь. Анализ полученных результатов показал, что наибольшее

I ! I

I

6о Д0О <40 СО <00 Кмс.^г,

■<¿0 2Й0 450 А. к/г, М" н 450 280 А 50

Ряс.2. Зависимости параметров 'работоспособности 1;рутов от факторов характеристики абразивного инструмента ( зернистости, размеров выгоравдего л неЕЫгораицего порообразущего наполнителя). Ж77ШР. Укр=27м/с, V д=10Смм/шш, I =1 ,Смм, схема шшфования-попутная. 24А.. .Еи2-:и112К5-;лС10/.. .-КФ5/... I- — Д — 2- -о- -Ачс, 3- -Аксо.

влияние на удельную производительность шлифования, зависящую б первую очередь от интенсивности износа круга, оказывают твердость круга (увеличение твердости с БЫ1 до 112 приводит к увеличению ^ с 0,4 до 2,3), зернистость (увеличение зернистости с IUI до 25П уменьшило § с 1,35 до 0,55) и размер выгораицего наполнителя (увеличение А^ со 180 до 450 мкм увеличило Cty с 0,7 до 1,3).-Вместе с тем снижение скорости износа круга приводит к росту силовых параметров обработки. Так изменение, в указанных выше пределах, твердости увеличивает силы резания в среднем в 3,2 раза, зернистости - уменьшает силы в 1,6 раза, размера выгорающего наполнителя увеличивает сипы в 1,5 раза, уваличение номера структуры с 10 до 14 - уменьшает силы в 2,С раза.

На втором этапе исследований определялось влияние режимов резания и схемы обработки на параметры работоспособности кругов. Анализ результатов показал, что на удельную производительность шлпйюЕания наибольшее влияние оказывает скорость круга. Ее увеличение с 15 до 35м/с увеличивает £{. в 6,4 раза. Па силы резания определяющее влияние оказывает глубина илнсТадваикя (увеличение с 0,5 до 2,5мм увеличивает силы в 2,3 раза). При этом, начиная со скорости резания 25м/с,. наблюдается их стабилизация и даже незначительный дальнейший спад. Таким образом, увеличение скорости резания является основным резервом повышения производительности и качества процесса глубинного шлейоезлкя. Сравнение схем обработке; внявило их полнуэ аналогию по паршетрам производительности шш-йоЕания, в то время как по силоеш параметрам предпочтительна попутная схема, при которой силы резания сниказтся на 25~iü£.

В четвертой главе приведены результаты анализа качественны:-: параметров состояния поверхностного слоя образцон после обработки их методом глубинного шлифования.

Ь качестве оценочных параметров качества обработки были приняты: i

- шероховатость обработанной поверхности - Ка, К2, 5'пах п др., 1 мкм;

- максимальная величина и глубина залегания остаточных напряжений 1-го рода - 6" "Iх и др., ¡.Ilia, ¿0* и др., шы; * |

- глубина и степень наклепа - hH, mich л О н»

- наличие микротрещлн и др. дефектов поверхностного слоя;

I I

К«.

мкм

■1,5 -

03

X /\±.

3

1

о __¿0

яг л

а'5 N3

КО -100 440 ^ис.мкм

I--Ж--N3, 2- -О- -Амс,

3--&--Акф.

20 МСис,-/:

КО Ч/у-чУ-

Р.о

4.5

•1.0

0

<

3

* V

чм ьм< Ька К( «2 Кгст.тб..

<0

12

14

I--о--СТ.ТЕ, , 2--Л--Петр.

(СТ.ТБ. = С0И^1 ), 3--*--Метр.

(\^СБ= «окч^ ).

¿5 30 За УкгЛ'

50

-(00 <50 200 250

-<,? 2,0 55

т_ _ о - -Укр, 2- -Л-'- 1/д,

Рис.3. Зависиглость шероховатости обработанной noEepxiiocT.ii от йак-

1_ _о_ -№мс(№1ф5$), 2- -л - -Миф(Мыс=Н%).

торов характеристики инструмента и режимов резания. Исходная характеристика инструмента: 24М01Ш.'|2-£1112Х5-;ЛСЮ/100-КФ5/400. Исходный рафв! резания: V кр=27и/с, Уд=1ССш/нш, 1=1,(_?.к, схепа обработки - поптгяая.

- изменение микроструктуры поверхностного слоя;

- изменение химического состава поверхностного слоя.

Исследование шероховатости обработки проводилось в лаборатории метрологии Мосстанкина. По полученным данным построены графические зависимости, представленные на рис.3. Анализ результатов показал, что из факторов характеристики инструмента наибольшее влияние на Ра оказывают твердость и зернистость. Так изменение твердости на одну ступень с Ш1 до 3.12 приводит к. уменьшению Еа с 2,4 до 0,95 мкм, а зернистости с 1011 до 2511 - к увеличению в 2 раза. Остальные соавторы характеристики незначительно изменяют шероховатость в продолах одного класса. Из режимных факторов обработки определянщее влияние оказывает скорость круга (узеличе-ние V Кр в 2 раза во столько же раз уменьшает Ка), несколько меньшее - V и незначительное - t . Сравнение двух возможных схем обработки - попутной и встречной, показало их полную эдентичность Ша= 1,0 мкм).

Исследование остальных параметров качества проводилось в лаборатории металлофизики Рыбинского моторостроительного производственного объединения. Проведенный анализ эпюр распределения остаточных напряжений 1-го рода в поверхностном слое изделия показал, что использование разработанного инструмента различных характеристик на принятых режимах обработки сформируют в поверхностном слое остаточные напряжения сжатия, максимальная величина которых составляет около 120 Г.1Па п по глубине залегания приходится на участок от 5 до 55 мкм. Б среднем, на глубше' 30 шм напряжения сжатия переходят в растягивающие, величина которых не лревпяает 30 Ша. Изучение глубины и степени наглела показали их незначительное изменение для лрйыяткх условий обработк:?. средняя гдубяпа наклепанного слоя составляет 20 мкм, а степень наклепа 16$?. Наличие микротрещин и .др. дефектов поверхностного слоя, а также изменения I химического состава поверхностного слоя на исследуфшх образцах ' выявлено не было, ¡¿икроструктура поверхностного сло'я являлась удовлетворительной для принятых марок жаропрочных сплавов. I В пятой главе представлены математические модели процесса < ! глубинного шлифования и приведены результаты сравнительных производственных испытаний разработанного инструмента и условия его | внедрения в производство. ■ I

Анализ полученных экспериментальных данных проводился при помощи специальной программы, предназначенной дая проведения на ЭШ последовательного регрессионного анализа статистических данных с целью построения регрессии заданного вида и статистического анализа полученного уравнения. На основании данной программы исследовалась форма связи мекду поверхностью отклика с одной стороны и факторами характеристики инструмента к режимами резания с другой в виде линейного и логарифмического полинома первого к второго порядка. Расчет коэффициентов регрессии производился методом наименьших квадратов.

Из большого количества полученных моделей было выбрано по одной для каждой комбинации "позыуиаздлй фактор-отклик", отличавшейся наибольшей адекватностью. Б качестве оценки адекватности модели были приняты коэффициент множественной корреляции (ШК) и Р -отношение. В табл.2 приведены лртэры подученных моделей.

Табл.2. Примеры математических моделей процесса глубинного

шлифования.

Математическая модаль процесса шлифования Оценка адек де ватности моли

1Ц = -10,69 - 7,07- -г 1,1 М С|.= -1,31 + 0,56р = -3,41++ 0,06-^1 + 0,56-Ц,ф КЗ',К V -отношение

0,999 0,927 761,7 9,14

= 14,43 + 1,82 -V Кр - 0,03^ 0,969 , о

ЬлРУ= 17,39 - 9,31-1лАо + 1,61-^ Ло 0,936 7,03

= 3,68 - + 0,999 2610,1

I Большинство полученных моделей соответствует 5%-иощ* доверительному интервалу, что говорит о достаточно точном'отражении состояния процесса шлифования. Разработанные математические моде-ля позволили создать предпосылки для решения оптимизационной задачи выбора характеристики абразивного инструмента к назначения режимов резания, обеспечйЕаздих максимальную производительность обработки при соблюден.1;*: принятых тпебозашш по точности и качеству обработки.

! Результаты производственных испытаний разработанного глстру-

мента показали, что новин инструмент не уступает, а в ряде случаев и превосходит по работоспособности лучшие аналоги отечественного и зарубезшого производства.

Так яе в главе представлены условия внедрения разработанного инструмента и технологических рекомендаций по его использовании в производственных условиях ШЛЮ ил.В.ВЛернькева (г.Москва) • на операциях глубинного и внутреннего илифовакия деталей из jxapo-прочных никелевых сплавов.

ОЩЗ ВЫВОДЫ

1. В диссертации решена актуальная задача повышения эффектшз-кости глубинного шлифования: жаропрочных никелевых сплавов за счет использования разработанного высокопористого абразивного инструмента специальной структуры, имеющая ва-кное народно-хозяйственное значение.

2. Исследование физико-механоческих сеойсте принятого внго-ращего (КФ) и невыгоращего (МС) порообразующего наполнителя (насыпной вес, плотность, водопроницаемость и др.) позволили раз-работатьрецептуры Еысокопористого абразивного инструмента специальной структуры, обеспечивающие получение заданной характеристики инструмента.

3. Исследование количества едглщ абразивного зерна и порооб-разуащего налолниталя обеих гадов с учетом размера фракции достроить модель внутреннего строения внсокспорпстого абразивного инструмента в зависимости-от его зернистости, номера структуры, размера

и процентного содержания порообразуздого надолниталя.

4. Экспериментальное исследование геометрических napa:.:s"'*,r ратьефа раяулеЗ поверхности ¿¿злсоизлыпос кругов внязило их взаимосвязь с факторами характеристики абразивного инструмента и закономерности их изменения в процессе эксплуатации шст^укента. Этим были созданы предпосылки для управления рельесом ренуией поверхности нтафовальпых кругов путем изменения их характеристики.

I 5. Испытание разработанного абразивного инструмента строкою диапазона характеристик при обработке разллчинх карок Жаропрочных никатеЕых сплавов на различных режимах резания позволило зыя-Епрь характер и степень влияния фгхторов шлифования на принятые

параметры работоспособности инструмента.

6. Исследование шероховатости обработанной аоверхности показало, что из факторов характеристики абразивного инструмента наибольшее влияние оказывают твердость и зернистость, а из роккм-них фактороЕ - скорость круга. Сравнение двух схем ишифования (попутной и встречной) показало их полную аналогию по показателям

а

7. Разработанный абразивный инструмент формирует в поверхностном слое остаточные напряжения скатия и незначительный наклеп поверхностного слоя,- что весьма важно дал изделий, работающих при больших знакопеременных циклических нагрузках в условиях высоких температур и агрессивных сред. Его эксплуатация на рассмотренных режимах позволяет полностью исключить возможные дефекты поверхностного слоя: наличие прккогов и мпкротрещин, изменение хшличес-кого состава поверхностного слоя -и т.п.

8. Полученные математические модели глубинного ь'икфования, представляюцие собой зависимость параметров обработки от факторов шлифования, создали предпосылки для решения оптимизационной задачи выбора характеристики абразивного инструмента и назначения режимов резания, обеспечивающих максимальную производительность обработки с учетом соблюдения требований по точности и качеству.

9. Разработанных абразивный инструмент и рекомендации по его эксплуатации внедрены е производственных условиях L55.TO им.В.В.Чернышева (г.Ыосква) яа операциях глубинного и внутреннего ¡^тасования деталей ГТД из жаропрочных никелевых сплавов.

Основные положения диссертации изложены в следующих публикациях:

1. Старков В.К., Балкаров Т.О., Зубков А.Б. Сравнительный анализ обработки резанием лезвийным и абразивным инструментом// Проблемы резания материалов в\ современных технологических процессах: Тез. докл./Меддунар. iнауч.-техн. семинар. Алушта,

4-8 окт. 1991 г.- Харьков: Ш1, 1991.- ч.2.- с. II6-II9.

2. Зубков А.Б., Балкаров. Т.С. Исследование обрабатываемости методом глубинного шлифования жаропрочных и магнитных сплавов высокопористым абразивным инструментом специальной структуры// Финишные методы обработки деталей: Тез. докл./ Семинар. Ижевск,

i г

10—11 дек. 1991 г. — М„ 1991. — С. 14—21.

3. Старков В. К., Зубков А. Б., Балкаров Т. С. Высокопроизводительный инструмент для шлифования жаропрочных и магнитных сплавов // Наукоемкие технологии размерной обработки в производстве деталей машин: Тез. докл./Всесоюз. науч.-техн. семинар. Звенигород, 12—16 янв. 1992 г. — М„ 1992. — С. 22.

4. Зубков А. Б. и др. Разработка и исследование электроприводов подачи и главного движения шлифовального станка. — Рукопись, деп. в ВНИИТЭМР. № 66-мш90, 1990, № 7. — С. 79—80.

5. Разработка технологических рекомендаций по широкому использованию высокапористых шлифовальных кругов в условиях автоматизированного производства инструмента из быстрорежущей стали: Отчет по НИР (окончательный)/Мюсставкин; Руководитель В. К. Старков — № ГР01.085 0 056217; Инв. № 02.87.0 088162. — М„ 1987. — 76 с.

Зубков Андрей Борисович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГЛУБИННОГО ШЛИФОВАНИЯ ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВЫСОКОПОРИСТОГО АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА СПЕЦИАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ

Специальность 05.03.01 — Процессы механической н физико-технической обработки, станки и инструмент

Сдано в производство 02.07.92. Формат С0Х84'/1б- Бумага писчая № 1. Печать офсетная. Уч.-изд. л. 1,0. Заказ № 388. Тираж 100. «С» 31.

Типография издательства Пензенского политехнического института. Пенза, Красная, 40.