автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Повышение эффективности обработки авиационных материалов на чистовых операциях с учётом явления технологической наследственности

На правах рукописи

Дуров Дмитрий Сергеевич

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБРАБОТКИ АВИАЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ЧИСТОВЫХ ОПЕРАЦИЯХ С УЧЁТОМ ЯВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ

Специальность 05.02.08 - Технология машиностроения

АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ

на соискание учёной степени кандидата технических наук

Ростов-на-Дону 2004

Работа выполнена на кафедре механики в Таганрогском государственном радиотехническом университете

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

БУТЕНКО B.И.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

заслуженный деятель науки и техники РФ БАБИЧЕВ А.П.

кандидат технических наук, профессор ИСАЕВА. Н.

Ведущая организация: ОАО «ТАВИА»

Защита состоится 27 января 2004 года в 1000 часов на заседании диссертационного совета Д212.058.02 в Донском государственном техническом университете по адресу: 344010, г. Ростов-на-Дону, ГСП-8, пл. Гагарина, 1, ДГТУ, ауд. 252.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ДГТУ.

Отзыв в двух экземплярах, заверенных печатью, просим выслать в диссертационный совет по указанному адресу.

Автореферат разослан «2<£>> декабря 2003 года.

Учёный секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

ЧУКАРИН А.Н.

Общая характеристика работы

Актуальность Т6МЫ. В настоящее время по-прежнему актуальными «вдаются вопросы повышения качества поверхностного слоя деталей, обрабатываемых на металлорежущих станках, а также повышения производительности технологического процесса их изготовления. Особенно актуальны эти вопросы в авиастроении при обработке таких авиационных материалов, как низкоуглеродистые хромоникелевые стали, титановые и алюминиевые сплавы, так как к деталям, применяемым в данной отрасли, предъявляются высокие требования по надёжности, ресурсу, качеству и стоимости.

Обработка указанных сталей и титановых сплавов вызывает большие затруднения, определяемые их высокой вязкостью и низкой теплопроводностью. В результате обработки этих материалов наблюдается низкая стойкость инструмента, невысокое качество поверхностного слоя получаемых деталей, в частности, большая дисперсия таких показателей качества, как шероховатость Л» микротвёрдость Ну, толщина упрочнённого слол АН, остаточные напряжения и т.д.

При обработке низкоуглеродистых хромо никелевых сталей и титановых сплавов образующиеся на передней поверхности инструмента нарост ил» застойная зона пластически деформированного металла периодически срываются, оставляя следы на обработанной поверхности детали и ухудшая показатели качества поверхностного слоя. К сожалению, на данный момент отсутствует простая и надежная методика фиксации, анализа и учёта силы сцепления нароста с передней поверхностью инструмента, что существенно сдерживает разработку и внедрение в металлообработку эффективных технологических путей повышения качества поверхностного слоя обрабатываемых деталей машин.

Для многих авиационных деталей окончательной технологической операцией является шлифование, в связи с этим учёт явления технологической наследственности становится необходимым условием для обеспечения требуемых значений показателей качества поверхностного слоя обработанных деталей при их минимальной дисперсии.

Физико-механические свойства указанных авиационных материалов и требования, предъявляемые к деталям из них, вызывают необходимость при разработке технологических процессов учитывать особенности процессов наростообрззования и возникающих при этом вибрационных явлений, оказывающих существенное влияние на формирование качественных показателей поверхностного слоя обрабатываемых деталей.

Всё это подтверждает актуальность темы диссертационной работы, связанной с разработкой и исследованием технологических путей, направленных на повышение качества поверхностного слоя деталей при чистовой обработке авиационных материалов без снижения стойкости лезвийного инструмента и с учетом технологической наследственности при выполнении последующих финишных операций. Актуальность темы подтверждается также тем, что диссертация выполнялась в рамках госбюджетных работ № Т02-06.3-65 «Тео-ретико-экслериментальные исследования формирования качественных характеристик поверхностного слоя деталей из конструкционных материалов при механической обработке» (2003-2004 г. г.) и № Т00-б.3-308 «Теоретико-экспериментальные исследования формирования диссипативных структур поверхностного слоя деталей в функции нелинейности процесса резания материалов» (2000-2001 г. г.), определённых грантами Министерства образования Российской Федерации, в которых автор являлся соисполнителем.

Цель Работы И задачи исследования. Целью работы является разработка и исследование технологических путей повышения качества и эффективности обработки авиационных материалов с учётом технологической наследственности.

з ('ОС.,НАЦИОНАЛЬНАЯ }

библиотека |

С.П«ерй»г п } ОЭ

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решались следующие основные задачи:

1) исследование явления технологической наследственности при выполнении чистовых операций лезвийным инструментом и разработка мероприятий, снижающих степень его влияния на качественные показатели поверхностного слоя окончательно обработанных деталей;

2) исследование влияния колебательных процессов, возникающих при чистовой обработке материалов лезвийным инструментом, на окончательное формирование показателей качества поверхностного слоя в ходе выполнения последующих операций;

3) разработка устройства для теоретико-эксперимеитальных исследований процессов на-ростообразования, силы сцепления материала с передней поверхностью инструмента и частоты его срывов в зависимости от режимов обработки, геометрии инструмента, применения СОТС и инструмента с антифрикционным покрытием;

4) исследование функциональной связи между удельной силой сцепления материала с передней поверхностью инструмента, частотой его срывов и показателями качества обработанной поверхности детали;

5) разработка технологических рекомендаций, направленных на повышение качества поверхностного слоя деталей, обрабатываемых из авиационных материалов.

Основные положения, выносимые на защиту:

1) результаты теоретико-экспериментальных исследований причин возникновения колебательных процессов в зоне резания при чистовой токарной обработке авиационных материалов и их влияние на формирование показателей качества поверхностного слоя деталей;

2) экспериментально установленные закономерности изменения показателей качества поверхностного слоя деталей от характеристик процессов наростообразования при чистовой токарной обработке авиационных материалов;

3) результаты исследования технологической наследственности при окончательном формировании показателей качества поверхностного слоя деталей и их дисперсии;

4) алгоритм обеспечения эксплуатационных показателей качества поверхностного слоя деталей из авиационных материалов;

5) практические рекомендации по повышению качества поверхностного слоя обрабатываемых деталей.

Методы исследований. Для решения поставленных задач исследования в работе были использованы теоретические и экспериментальные методы исследований на базе технологии машиностроения и резания металлов, теории трения и износа, физики металлов и металловедения, теории упруго-пластического разрушения материалов, теории дислокаций, математической статистики, теории вероятности и т.д.

Экспериментальная часть работы выполнялась в лабораториях кафедры механики Таганрогского государственного радиотехнического университета и Таганрогского авиационного научно-технического комплекса им. Г.М. Бериева. Использовались металлографические, рентгеноструктурные и статистические методы исследования.

Научная новизна работы заключается в решении комплекса задач, направленных на повышение эффективности чистовой обработки авиационных материалов путём технологического воздействия на формирование поверхностного слоя обрабатываемых деталей и разработке на ж основе практических рекомендаций по повышению качества поверхно-

стного слоя обрабатываемых деталей с учётом технологической наследственности. В частности:

1) установлена зависимость показателей качества поверхностного слоя окончательно обработанной детали от удельной силы сцепления материала с передней поверхностью инструмента и частоты его срывов при чистовой токарной обработке деталей, получаемых из авиационных материалов, с учётом технологической наследственности;

2) исследовано влияние дисперсии микротвёрдости материала поверхностного слоя деталей после чистовой токарной обработки на показатели качества, получаемые при последующем шлифовании;

3) определены зависимости удельной силы сцеплених материала с передней поверхностью инструмента и частоты его срывов от режимов обработки и геометрии инструмента;

4) получена зависимость, определяющая величину технологических остаточных напряжений в материале поверхностного слоя детали после шлифования от частоты срывов материала при чистовой токарной обработке.

Практическая ценность. В результате выполненных исследований:

1) разработаны практические рекомендации по повышению качества поверхностною слоя деталей, получаемых токарной обработкой из авиационных материалов, включая выбор режимов обработки и геометрии инструмента;

2) предложен способ повышения эффективности обработки авиационных материале», базирующийся на явлении технологической наследственности и применении разно-зернистого шлифовального круга;

3) разработаны технологические основы оперативного управления параметрами качества поверхностного слоя деталей, получаемых из авиационных материалов. Результаты выполненных исследований предложены для внедрения в производство ка

Таганрогском авиационном научно-техническом комплексе им. Г.М Бернева. Ожидаемый экономический эффект от их внедрения составит не менее 27 тыс. руб. в год

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на:

1) Шестой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», МЭИ, май, 2000 г.;

2) V Всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления», Таганрог, октябрь, 2000 г;

3) Втором международном научно-техническом семинаре «Практика и перспективы развития институционного партнёрства», Донецк, апрель, 2000 г.;

4) VIII Международной научно-технической конференции «Машиностроение и техносфера ка рубеже XXI века», Севастополь, сентябрь, 2001 г.;

5) Третьем международном научно-техническом семинаре «Практика и перспективы развития институционного партнёрства», Таганрог, Россия, июнь, 2002 г.

6) Четвёртом Международном научно-техническом семинаре «Практика и перспективы развития ииститушюииого партнёрства», Донецк, апрель, 2003 г.;

7) ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава Таганрогского государственного радиотехнического университета, 2000 - 2003 г.г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 16 статей и получены два

патента на изобретения.

Структура И Объём работ. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов и списка используемых источников информации. Она содержит 162 страницы машинописного текста, 76 рисунков, 22 таблицы, список литературы, включающий 154 наименования.

Содержание работы

Во Введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, посвященной разработке и исследованию технологических путей повышения эффективности механической обработки авиационных материалов, при этом делается акцент на качество получаемого поверхностного слоя деталей, как основного критерия, влияющего на надёжность и ресурс изделия в целом.

В первой главе дается обзор литературы по вопросам, решаемым в диссертационной работе. Обращается внимание на то, что исследованию технологических путей повышения эффективности механической обработки и качества деталей посвящено большое количество работ. Широко известны исследования формирования качественных показателей поверхностного слоя деталей, выполненные Э.В. Рыжовым, А.Г. Сусловым, В.Ф. Безъязычным, А.В. Королевым, ЛИ. Исаевым, Д.Г. Евсеевым, С.С. Силиным, B.C. Мухиным, А.М. Сулимой и другими отечественными и зарубежными учёными. Особенно ценными являются исследования причин возникновения колебаний системы «станок-приспособление-инструмент-деталь» (СПИД), непосредственно влияющих на качественное состояние поверхностного слоя обработанных деталей и во многом предопределяющих технологическую наследственность, выполненные В.А. Куликовым, М.Е. Эльясбер-гом, Ю.Г. Кабалдиньш, А.Н. Шпилевым, В.Л. Заковоротным и их учениками. В технологии машиностроения вновь возник интерес к использованию наложенных вибраций при обработке материалов (Е.Л. Вейц, А.П. Сергиев, Д. Кумабэ и др.). При этом много внимания уделяется вопросам технологической наследственности при механической обработке материалов (работы А.М. Дальского, ПИ. Ящерицына, Э.В. Рыжова, А.Г. Суслова, А.И. Исаева, М.С. Камсюка, В.И. Бутенко и др. учёных). Однако до сих пор не проведены комплексные исследования, раскрывающие взаимосвязи между процессами образования колебаний и физическими явлениями в зоне обработки, а также их совместное влияние на формирование качественных показателей поверхностного слоя обрабатываемых деталей с учётом технологической наследственности. Знание особенностей возникновения колебаний в зоне обработки позволит разработать эффективные технологические пути повышения качества поверхностного слоя деталей, получаемых из авиационных материалов. Исходя из этого, были сделаны выводы, которые определили цель, задачи исследований и пути их реализации.

Вторая глава посвящена теоретическому исследованию силы сцепления материала с передней поверхностью инструмента, т.к. она во многом предопределяет частоту его срывов и возникающие при этом колебания инструмента, существенно влияющие на показатели качества поверхностного слоя при чистовой обработке детали лезвийным инструментом, их дисперсию и окончательное формирование их на последующих операциях с учётом явления технологической наследственности.

Рассмотрены два случая токарной обработки авиационных материалов: с наростом на передней поверхности инструмента, что характерно при обработке низкоуглероднетых

хромокикелевых сталей 12Х2Н4А; 20ХН2МА и титановых сплавов ВТ22ч, ВТ23, и без него, что в свою очередь, характерно при обработке алюминиевых сплавов В93пчТЗ, 1933ТЗ. При этом были приняты следующие допущения:

• обрабатываемый материал однороден по своей структуре и свойствам;

• величина припуска на обработку (а, следовательно, и глубина резания) постоянна;

• жёсткость системы СПИД постоянна;

• принята схема плоского прямоугольного резания.

Считая, что сдвиг материала в основном происходят вдоль оси У (рис. 1), силу его сцепления с передней поверхностью резца Fn можно определить из следующего выражения:

где С - ширина контакта стружки с передней поверхностью инструмента или ширина нароста; /»-- длина пластического контакта сходящей стружки с передней поверхностью резца; Ту, - касательные напряжения на передней поверхности инструмента в любой точке пластической зоны; Г/, Тг - начальные и конечные значения касательных напряжений

Движение металла в пластической зоне контакта стружки с передней поверхностью инструмента вдоль оси У описывалось уравнением вида

»1

(1)

Рис. 1. Схема нароста на передней поверхности инструмента

Р

ЗУ _ дау | д? ду ду '

(2)

8гу

где р - плотность обрабатываемого материала; - мгновенное значение ускорения

частиц обрабатываемого материала вдоль оси У, по Резникову АН.

(3)

здесь ас - ускорение частиц обрабатываемого материала у поверхности контакта «инструмент-стружка»; Я- высота пластической зоны или высота нароста; V, п - постоянные величины, зависящие от физико-механических свойств обрабатываемого материала; г - текущая координата по оси 2.

Согласно исследованиям проф. А.И. Бетанелли нормальные напряжения оу определяются по формуле

(4)

где См* — максимальное значение нормального напряжения на передней поверхности инструмента; т - постоянная величина, зависящая от свойств обрабатываемого материала и условий обработки.

Подстановка выражений (3), (4) в уравнение (2), его преобразование, последующая подстановка значения Лу, в уравнение (1) и интегрирование его позволило получить формулу для определения силы сцепления материала F,j',, действующей в любой точке по высоте пластической зоны и направленной вдоль оси У:

(5)

Тогда сила сцепления материала с передней поверхностью инструмента F,, действующая вдоль неё, равна (т.к. нарост неподвижен и FH действует вдоль ОУ, то ас = Ои г =

Ри=С-1„-отт. (6)

Это заключение совпадает с экспериментальными выводами Н.Н. Зорева, Т.Н. Лолад-зе, М.И. Клушина, М.Ф. Полетика, В.Н. Подураева, А.А Маталина и других учёных в области технологии механической обработки материалов.

Отсутствие в формуле (6) в явной форме коэффициента трения связано с тем, что как показали аналитические исследования напряжённости материала и коэффициентов трения в зоне обработки, от коэффициента трения на участке пластических сдвигов материала стружки зависит величина ln.

В случае отсутствия нароста на передней поверхности инструмента сила сцепления материала с передней поверхностью инструмента FM определяется по формуле

Р.-С-ф-К-ас'У+о^).

(7)

В формуле (7) ускорение частиц обрабатываемого материала у поверхности контакта

«инструмент-стружка» ас может быть определено из зависимости

=

где Утр - скорость движения стружки по передней поверхности резца; V— корость резания;

коэффициент продольной усадки стружки. Движение частиц металла по передней поверхности резца считалось равномерно замедленным. Тогда для случая продольной усадки стружки можно записать

= 1

сИ 41 ¿г •

(9)

Анализ корней стружек показывает, что величина ¿¡¡/Л пропорциональна углу поворота текстуры стружки Дг, движущейся по передней поверхности резца и подвергающейся вторичной деформации, т.е.

р.

(10)

где Кр - коэффициент пропорциональности; Д - угол поворота текстуры стружки после вторичной деформации.

Подставляя выражение (10) в зависимость (7), получим формулу для расчёта ^ дот случая отсутствия нароста:

(11)

где Кр — коэффициент пропорциональности.

Хорошо известно, что срывы нароста с передней поверхности инструмента ухудшают качество обработанной поверхности и снижают стойкость режущего инструмента. В связи с этим необходимо разработать такой технологический процесс обработки деталей из авиационных материалов, при котором срывы нароста будут отсутствовать либо их число будет значительно снижено. В теоретических исследованиях автором установлено, что основным условием для снижения частоты срывов нароста с передней поверхности инструмента является выражение

(12)

где Г, - напряжения сдвига материала, принятые постоянной величиной для заданных условий и температуры обработки; Ф - угол сдвига (рис. 1); у - передний угол резца. Из соотношения (12) следует, что основным условием обработки металлов без нароста на передней поверхности инструмента является такое, при котором И—* 0, тогда

При этом величина максимальных нормальных напряжений на передней поверхности инструмента Спех, входящая в формулы (4) - (6) определяется по формуле

0та " /„•cos0-sin0-cos(0+0-}>) • (14)

где / - глубина резания; в - угол, определяемый из выражения arctg(F/N); здесь N - нормальная caia на передней поверхности инструмента.

Сравнение расчётных значений силы сцепления материала с передней поверхностью инструмента F, с экспериментальными показало их хорошую сходимость.

Из формулы (14) следует, что максимальное значение нормальных напряжений на передней поверхности инструмента, которое определяет силу сцепления материала с передней поверхностью инструмента в пластической зоне контакта, зависит от механических свойств обрабатываемого материала, режимов обработки и геометрии инструмента.

Эти выводы и предопределили проведение экспериментальных исследований при токарной обработке авиационных материалов и поиск технологических путей повышения качества поверхностного слоя обрабатываемых деталей.

В Третьей главе изложена принятая методика проведения экспериментальных исследований, в которой приведены данные об исследуемых материалах, инструментах и оборудовании, используемых в экспериментах. Для исследования физических явлений в зоне напряжённо-деформированного состояния материала было разработано и изготовлено специальное устройство для быстрого вывода инструмента из зоны резания и определения силы сцепления мзтериала с передней поверхностью инструмента (патент РФ № 2193950).

Измерение вибраций при обработке исследуемых сталей и сплавов осуществлялось установкой на резце вибродатчика типа 4324 фирмы «Брюль и Къер» с чувствительностью 2-4 mV/g и частотным диапазоном 0,25-20000 Гц Принятый режим измерения «Быстро». Измеряемый параметр - виброскорость. Использовался анализатор спектра с 4f= const (анализатор гетерогенного типа). Анализу подвергались частоты f намплитуды Ay колебаний с построением кривых распределения по 50 замерам. Приведена методика исследования показателей качества поверхностного слоя обработанных деталей: шероховатости поверхности с помощью микроскопа Лютика МИС-11 (по параметру R,) и профклографа-профилометра мод. 201 (по параметру /?а), технологических остаточных напряжений ажт по методике Н.Н. Давкденкова, микротвердости Я, материала поверхностного слоя исследуемых образцов (на микротвердомере ПМТ-3), толщины упрочнённого слоя, определяемой четырёхзондоаым способом, микроструктуры материала (по корням стружек на металлографических микроскопах МИМ-7 и МИМ-8М) и плотности дислокаций на дифрак-тометре«ДРОН-1,5».

В главе также подробно описана методика математической обработки результатов экспериментальных исследовании.

В четвёртой главе приводятся результаты экспериментальных исследований влияния колебаний инструмента при токарной обработке авиационных материалов на характеристики наростообразования: Исследования микрошдифов корней стружек при токарной обработке авиационных материалов позволили установить разнохарактерность процессов пластической деформации материалов на передней поверхности инструмента в зависимости от механических свойств испытываемых авиационных материалов.

Экспериментальными исследованиями установлены функциональные зависимости удельной силы сцепления материала/и с передней поверхностью инструмента и частоты его срывов от режимов резания и геометрии инструмента, которые в дальнейшем позволили определить пути технологического воздействия на процессы формирования качественных показателей поверхностного слоя деталей из авиационных материалов.

Анализ результатов всего комплекса выполненных исследований процессов наросто-образования при токарной обработке авиационных материалов позволил сделать вывод о том, что существ) ет зависимость вида

К1 ~ 1ж-со5в-со%(Ф+0-у)-втФ' (15)

где <р - главный угол в плане; ц, - коэффициент трения, обусловленный внутренними пластическими сдвигами материала, перемещающегося по передней поверхности инструмента.

Используя эти зависимости, можно технологическими путями, изменяя значения величин /,, в и Ф через режимы резания, геометрию инструмента, применение СОТС и а нт -фрикциокных покрытий на инструменте, управлять удельной силой сцепления материала а следовательно, и обеспечивать требуемое качество поверхностного слоя обрабатываемых деталей.

Установлено, что стойкость инструмента Т, являющаяся одним из критериев эффективности обработки материалов, зависит от частоты срывов материала с передней поверхности инструмента Кп1р и может быть определена по формуле

Т = С„+-т=^= (16)

где Сп- коэффициент, зависящий от вида обрабатываемого материала и его физико-механических свойств, изменяется от Сп - 5,80 при обработке титановых сплавов до Сп = 48,72 - при обработке алюминиевых сплавов; К, - коэффициент, принимаемый в зависимости от условий трения в зоне резания (Кк = 27,02... 152,91 при точении материала без охлаждения, К, = 34,32... 174,82 - при точении с охлаждением, К, — 42,65... 197,23 при точении резцами с кикельфосфорньш покрытием). Формула (16) через и К„ позволяет учитывать влияние СОТС и антифрикционных покрытий на стойкость инструмента. Установлено также, что применение в качестве СОТС 5-ти процентного водного раствора эмудьсола Укринол-1 при чистовой токарной обработке исследуемых материалов на 15-20% снижает величину технологических остаточных напряжений в материале поверхностного слоя детали.

Пятая ГЛЭВЗ посвящена экспериментальным исследованиям качества обработанной поверхности детали при чистовой обработке авиационных материалов. Установлено, что с увеличением амплитуды колебаний инструмента Ау ухудшаются параметры шероховатости обработанной поверхности. В целях повышения надёжности результатов исследований была проведена статистическая обработка всех опытных данных, которая показала, что на шероховатость обработанной поверхности влияние частоты колебаний/в 5-10 раз слабее, чем амплитуды Аг Однако обе эти характеристики колебаний системы «обрабаты-

ваемый материал - инструмент» по-разному влияют на качественные показатели обработанной поверхности детали: увеличение амплитуды колебаний Л приводит к увеличению параметра а увеличение частоты/- к его уменьшению.

Проведены качественные исследования влияния частоты/и амплитуды Ау колебаний инструмента на физико-механическое состояние материала поверхностного слоя детали. Установлено, что циклический характер взаимодействия задней поверхности инструмента с обрабатываемой поверхностью детали при колебаниях существенно повышает степень и толщину упрочнения поверхностного слоя.

Используя полный факторный эксперимент для двух независимых переменных, варьируемых на двух уровнях (планирование типа 23), были получены эмпирические зависимости параметра шероховатости обработанной поверхности Я, от удельной силы сцепления материала с передней поверхностью инструмента ^ и частоты его срывов при токарной обработке исследуемых материалов

• стали 12Х2Н4А

• стали 20ХН2МА

• алюминиевого сплава ВТ93пчТЗ

• алюминиевого сплава 1933ТЗ

• титанового сплава ВТ22ч

• титанового сплава ВТ23

Аналогичные степенные зависимости были получены для таких эксплуатационных показателей обработанной поверхности, как независимый параметр А и средний шаг неровностей Полученные зависимости могут быть использованы как для управления параметрами шероховатости поверхности в процессе чистовой токарной обработки деталей из авиационных материалов, так и обеспечения их заданных эксплуатационных значений технологическими путями в соответствии с разработанным алгоритмом.

На рис. 2. приведены зависимости величины технологических остаточных напряжений аосш и толщины упрочненного слоя АН от частоты срывов материала /V,,,,, использование которых позволяет решать задачу выбора режимов резания по требуемым показателям качества поверхностного слоя детали.

Установлено, что частота срывов материала с передней поверхности резца вызывает колебания составляющей силы резания Ру, от которой зависит степень упрочнения материала поверхностного слоя, и колебания температуры резания ТХ!. В зависимости от обрабатываемого материала эти колебания могут составлять до 25% номинального значения Ру или ТХ!для данного режима обработки, вызывая дисперсию величины технологических остаточных напряжений в материале поверхностного слоя деталей. Анализ полученных кривых распределения технологических остаточных напряжений аош (а также толщины упрочненного слоя АН) от частоты срывов Д^я исследуемых авиационных материалов позволил сделать следующие выводы: 1) у материалов, склонных при обработке резанием к наростообразованию, дисперсия

величины технологических остаточных напряжений о в партии обрабатываемых образцов больше, чем у материалов, при обработке которых на передней поверхности

д, (Д- 0,91); 1

Я: - 0,421 Л0-564-^0'247; («= 0,88);

Я, = 0,493 Л0'402-^0-657; (Д = 0,76);

я* - 0,487 (Л- 0,79);

= О,369/м°-568-Л^0-294; (Я = 0,86);

Яг = 0,395/""■К^™; (Л- 0,83).

инструмента не образуется нарост. Срывы наростов приводят к значительным колебаниям составляющей силы резания Ру и средней температуры резания ГС, что н вызывает значительную дисперсию технологических остаточных напряжений в материале поверхностного слоя;

2) с увеличением частоты срывов материала с передней поверхности резца Ытр дисперсия величины технологических остаточных напряжений партии обрабатываемых образцов несколько уменьшается. Это объясняется, по-видимому, тем, что с увеличением ЫШг при обработке одного и того же материала уменьшаются колебания температуры Т°С вследствие остаточного действия средней температуры в зоне обработки.

Рис. 2. Изменение технологических остаточныхнапряжений а^ (а) и толщины упрочнёа-ного слоя АН (б) от частоты срывов материала 1 - сталь 12Х2Н4А 2 - сталь 20ХН2МА

Аналогичные зависимости отмечаются и для толщины упрочненного слоя обработанной поверхности в партии образцов вследствие существующей корреляции между о^тЖ АН. При этом поверхностная плотность дислокаций материала р при чистовой токарной обработке авиационных материалов оказалась практически независящей от удельной силы сцепления материала с передней поверхностью резца/1.

Исследования микрошлифов корней стружек, полученных при токарной обработке авиационных материалов резцами с различными радиусами скругления режущей кромки г, показывают, что с увеличением значения г при постоянных величинах длина

контакта нароста с передней поверхностью инструмента ^ уменьшается. Вследствие этого удельная сила сцепления материала с передней поверхностью инструмента /» и частота его срывов N»0? растут. Однако с увеличением г увеличиваются толщина упрочнённого слоя АН материала поверхностного слоя (рис. 3) и микротвердость Нп при этом уменьшается параметр шероховатости Яй (рис. 4) и дисперсия микротвёрдости (Лц),,,,. Увеличение рэ-диуса г более 0,5 мм может привести к такому упрочнению материала поверхностного слоя, что становится возможным его отслаивание, при этом наблюдается сильное изменении текстуры материала поверхностного слоя обработанных деталей, особенно при чистовой обработке.

Рис. 3. Зависимость толщины упрочнённого слоя АН материала поверхностного слоя от радиуса скругления режущей кромки г

1,2- стали 12Х2Н4А и 20ХН2МА; 3,4- титановые сплавы ВТ22ч и ВТ23

Рис. 4. Зависимость величины шероховатости обработанной поверхности Яй от радиуса скругдения режущей кромки г

1,2- стали 12Х2Н4А и 20ХН2МА; 3,4 - титановые сплавы ВТ22ч и ВТ23

Исследования дисперсии > микротвёрдости материала поверхностного слоя детали (Бп)нач, в зависимости от частоты срывов материала с передней поверхности инструмента и амплитуды колебаний инструмента Ау при чистовой токарной обработке авиационных материалов, а также его влияние на дисперсию микротвердости материала поверхностного слоя после шлифования (Б1)к (рис. 5) позволили определить диапазоны частот срывов материала и амплитуд Ау, при которых в силу технологической наследственности могут быть достигнуты наилучшие показатели качества поверхностного слоя на финишных (например, шлифовальных) операциях обработки детали

Рис. 5. Изменение дисперсии СДЛ« от амплитуды колебании инструмента А,, (а) и {£>*),* от (1>Л«(б)г 1 - стать 12Х2Н4А; 2 - сталь 20ХН2МА

Используя метод множественного корреляционного анализа, была получена формула определения окончательной величины технологических остаточных напряжений мате-

риала поверхностного слоя шлифованной детали от частоты срывов материала ва предшествующей чистовой токарной обработке и заданных значениях скорости вращения детали У^ а также продольной и поперечной 8поп подачах без выхаживания (при постоянной скорости вращения шлифовального круга ПП 600x30x305 24А25К6СМ1 ГОСТ 242483 11 охлаждении 5-ти процентным раствором эмульсола Укринол-1):

¿пр '5«Я|,

(1Г)

где значения коэффициента С, и показателей степеней С,, С, С3, С4 для исследуемых авиационных материалов и соответствующие коэффициенты множественной корреляции К приведены в табл. 1.

Таблица1

Обрабатываемый материал С, С, сг С, Сг Л'

Сталь 12Х2Н4А 382 0,61 0,18 0,14 0,11 0,92

Сталь 20ХН2МА 398 0,68 0,24 0,14 0,12 0.87

Алюминиевый сплав В93пчТЗ 182 0,56 0.23 0,18 0,17 0,88

Алюминиевый сплав 1933ТЭ 196 0.58 0,20 0,19 0,19 0,90

Титановый сплав ВТ22ч 216 0,49 0,19 0,21 0,15 0,84

Титановый сплав ВТ23 206 0,47 0.21 0.20 0.16 0,86

Представляемые в табл. 1 результаты исследований свидетельствуют о важности учёта, с точки зрения технологической наследственности, процессов наростообразовання на операциях чистового точения авиационных материалов для достижения наилучших показателей качества поверхностного слоя обрабатываемых деталей на последующих операциях шлифования при окончательном формировании поверхностного слоя.

В шестой главе даны практические рекомендации по повышению качества поверхностного слоя обработанной детали при токарной обработке авиационных материалов и приведена методика оценки экономической эффективности внедрения их в металлообработку. Предложено при черновой и чистовой токарной обработке авиационных материалов производить смену резцов и перенастройку станка в соответствии с рекомендуемыми по результатам выполненных исследований режимами обработки и геометрией инструмента.

Разработан алгоритм обеспечения эксплуатационных показателей качества поверхностного слоя деталей из авиационных материалов, включающий следующие этапы:

1. Выбор требуемых эксплуатационных показателей качества поверхностного слоя детали: Оост АН, И Т.Д.

2. Назначение режимов резания на операцию шлифования: У,¿р, Уь 5!ю«.

3. Определение показателей качества поверхностного слоя Л» 0ает АН, (О^^ и т.д. при чистовой токарной обработке.

4. Расчет и /п по показателям качества поверхностного слоя для чистовой токарном обработки.

5. Р а ё^'иусловий резания для чистовой токарной обработки по значениям Ыяар И,/*.

6. Обработка партии деталей и определение фактических показателей ит.д.

7. Сравнение полученных значений ДЛ Охя, АН, (О^о, и т.д. с требуемыми. Вывод.

С целью улучшения показателей качества поверхностного слоя деталей, получаемых

на чистовых операциях, разработаны конструкции демпфирующего устройства для установки резца в резцедержатель и шлифовального инструмента переменной зернистости (патент РФ №2201865).

Выполненные теоретические и экспериментальные исследования процессов наросто-образоваяия при токарной обработке авиационных материалов и их влияния на качественные показатели обработанных поверхностей деталей указывают на необходимость разработки системы оперативного управления параметрами качества поверхностного слоя деталей, получаемых из авиационных материалов.

Показано, что при определении экономического эффекта от внедрения разработанных рекомендаций при обработке авиационных материалов следует рассчитывать прямой экономический эффект от увеличения стойкости инструмента и уменьшения числа бракованных деталей и дополнительный, получаемый от повышения качества обработанной поверхности детали, что позволяет сократить затраты на обслуживание и ремонт изделия, содержащего детали с улучшенными показателями качества поверхностного слоя, а также повысить его ресурс.

Основные результаты и выводы

1. Предложено при назначении режимов обработки и геометрии инструмента учитывать силу сцепления нароста с передней поверхностью резца и частоту его срывов. Это открывает широкие возможности для повышения эффективности обработки авиационных материалов и обеспечения заданного качества обработанных поверхностей деталей.

2. Установлен характер влияния амплитуды и частоты колебании инструмента в зоне обработке авиационных материалов на качественные показатели поверхностного слоя деталей при выполнении чистовых операций.

3. Получены зависимости, определяющие величину, характер изменения и дисперсию показателей качества поверхностного слоя окончательно обработанных деталей от частоты срывов материала с передней поверхности инструмента на предыдущей операции.

4. Разработано специальное устройство для быстрого вывода инструмента из зоны резания и определения силы сцепления материала с его передней поверхностью, которое имеет простую конструкцию, надежно в работе и рекомендуется для использования в производственных условиях при разработке рекомендаций по повышению эффективности токарной обработки авиационных материалов.

5. Получены зависимости удельной силы сцепления материала с передней поверхностью инструмента и частоты его срывов от условий обработки, которые имеют переменные показатели степеней, свидетельствующие о сложном ВЛИЯНИИ элементов режимов резания и геометрии инструмента на качественные характеристики поверхностного слоя обработанных деталей.

6. Установлено, что снижение коэффициента трения в зоне пластического течения металла по передней поверхности инструмента за счёт подачи в зону обработки СОТС или нанесения антифрикционных покрытий на инструмент приводит не только к трансформации формы нароста, но и уменьшает удельную силу сцепления материала с передней поверхностью инструмента, вызывая рост числа его срывов. При этом наблюдается заметное увеличение стойкости режущего инструмента.

7. Исследовано влияние удельной силы сцепления материала с передней поверхностью инструмента и частоты его срывов на показатели качества обработанной поверхности

детали, включая параметры шероховатости, величину и распределение в партии обработанных образцов технологических остаточных напряжений и толщины упрочненного слоя. По результатам выполненных исследований разработан алгоритм обеспечения требуемых эксплуатационных показателей качества поверхностного слоя деталей из авиационных материалов и даны практические рекомендации по их повышению, включая оперативное управление параметрами качества поверхностного слоя обрабатываемой детали.

8. Показано, что дисперсия микротвёрдости материала поверхностного слоя детали при чистовой токарной обработке авиационных материалов в силу проявления технологической наследственности оказывает существенное влияние на дисперсию микротвердости материала поверхностного слоя после шлифования. Это даёт возможность путём технологического воздействия на процессы наростообразовашм при чистовой токарной обработке обеспечивать наилучшие показатели качества поверхностного слоя на финишных (например, шлифовальных) операциях обработки детали.

9. Разработаны конструкции демпфирующего устройства для установки резца в резцедержателе, позволяющего снизить колебательные процессы в зоне обработки, и шлифовального инструмента переменной зернистости, ускоряющего процесс финишной обработки н позволяющего с учётом технологической наследственности снизить дисперсию показателей качества поверхностного слоя деталей, изготовляемых из авиационных материалов.

Основное содержание диссертации изложено в работах:

1. Капкин Д.А. Технологическое обеспечение прочности несущей способности теллока-груженных конструкций летательных аппаратов / Капкин Д.А., Дуров Д.С., Малунин Д.Л. Тезисы доклада. В сб.: VIII Всероссийские Туполевские чтения студентов. Казань, 1998.-С. 11.

2. Капкин Д. А. Расчёт рациональных режимов резания конструкционных материалов на ЭВМ / Капкин Д.А., Дуров Д.С. В сб.: Техническая кибернетика, радиотехника и системы управления. Тезисы доклада. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 1998. - С. 126.

3. Малунин Д.Л. Влияние релаксационной стойкости дислокационной структуры на конструкционную прочность металлов и сплавов / Малунин Д.Л., Капкин Д.А., Дуров Д.С. Таганрог, ТРТУ, 1998. - С. 65-68. Рук. деп. ВИНИТИ, Ж 1708 - В 98 от 04.06.98.

4. Дуров Д.С. Вероятностная модель системы динамического мониторинга механической обработки деталей. В сб.: Фундаментальные и прикладные проблемы современной техники. 4-й вып. Ростов-на-Дону: Изд-во Сев.-Кав. научн. центра высшей школы., 2000. - С. 66-75.

5. Дуров Д.С. Металлографический способ назначения оптимальных режимов обработки котельных сталей. В сб.: Радиоэлектроника, электротехника и энергетика. Тезисы доклада. М: Изд-во МЭИ, 2000. - С. 251-252.

6. Бутенко В. И, Самоорганизация СОТС при обработке металлов резанием / Бутенко В.И., Дуров Д.С. В сб.: Машиностроение и техносфера на рубеже XXI века. Донецк: Изд-во ДонНТУ, 2001.-С. 69-73.

7. Бутенко В.И. Исследование силы сцепления нароста с передней поверхностью инструмента при резании металлов / Бутенко В.И., Дуров Д.С. В сб.: Практика и перетек* тивы развития институционного партнерства. Донецк: Изд-во ДонНТУ, 2001. - С. 182189.

8. Бутенко В.И. Исследование процессов упрочнения при токарной обработке сталей /

Бутенко В.И., Дуров Д.С. В сб.: Практика и перспективы развития институционного партнерства. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2002 - С. 28-33.

9. Бутенко В.И. Синергетические аспекты повышения износостойкости конструкционных материалов / Бутснко В.И., Захарченко А.Д., Косов В.И., Дуров Д.С. // Известия ТРТУ № 1,2002. - С. 236-240.

ЮДуров Д.С. Влияние качества поверхности на усталостную прочность деталей. В сб.: Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления. Тезисы доклада. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2002. - С. 245-246.

П.Дуров Д.С. Исследование рассеивания параметров шероховатости обработанной поверхности деталей. В сб.: Прочность, надежность и качество изделий машино- и приборостроения. Таганрог,ТРТУ, 2001.-С. 38-42. Рук. дел. в ВИНИТИ№ 1212-В2001 от 11.05.2001.

12. Дуров Д.С. Влияние формы режущего клина лезвийных инструментов и ионно-плазменных покрытий на динамику процесса резания. В сб.: Прочность, надежность и динамика механических систем. Таганрог, ТРТУ, 2002. - С. 43-54. Руте. деп. в ВИНИТИ № 775 - В 2002 от 16.05.2002.

13Дуров ДС. Явление наростообразования при резании металлов и физика процессов, сопряжённых с ним. В сб.: Прочность, надёжность и динамика механических систем. Таганрог, ТРТУ, 2002. - С. 55-76. Рук. деп. в ВИНИТИ № 775 - В 2002 от 16.05.2002.

14.Бутенко В.И. Исследование вибрационных процессов при токарной обработке авиационных материалов / Бутенко В.И., Дуров Д.С. В сб.: Практика и перспективы развития 1шституционного партнёрства. Том УЬ Донецк: Изд-во ДонНТУ. 2003. - С. 52-64.

15.Бутенко В.И. Исследование автоколебании системы резания при обработке авиационных сталей и сплавов / Бутенко В.И., Дуров Д.С., Захарченко А.Д. В сб.: Исследования работоспособности и надёжности механических систем. Таганрог, ТРТУ. 2003. - С. 510. Рук. деп. в ВИНИТИ № 1681 - В 2003.

16. Бутенко В.И. Новый взгляд на процессы износа деталей трибосистем / Бутенко В.И., Дуров Д.С, Рыбинская ТА, Максимов А.Н. // Известия ТРТУ. Материалы научной конференции, 2003, & 1. - С. 191-195.

17.Патент РФ }к 2193950. Устройство для быстрого вывода резца из зоны резания. Бутенко В.И., Диденко Д.И., Дуров Д.С. МКИ В23 В 29/18. Опубл. 10.12.02 г. Бюл. № 34.

18.Патент РФ № 2201865. Шлифовальный инструмент. Бутенко В.И., Диденко Д.И., Дуров ДС. МКИВ24 Б5/14,7/14. Опубх 10.04.03 г. Бюл. № 10.

ЛР №020565

Подписано к печати

Бумага офсетная Усл. п. л.-1,2 Заказ № _

Формат 60х841/16 Офсетная печать Уч. изд. л.-1,1 _Тираж 100 экз.

«С»

Издательство Таганрогского государственного радиотехнического университета ГСП 17-А, Таганрог, 28, Некрасовский 44 Типография Таганрогского государственного радиотехнического университета ГСП 17-А, Таганрог, 28, Энгельса 1

р . 1 4 2 7

РНБ Русский фонд

2004-4 26019

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ

ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Причины возникновения вибраций при обработке материалов резанием как фактора, влияющего на качество обработанной поверхности детали.

1.2. Влияние вибраций и технологических факторов на качество обработанных поверхностей деталей.

1.3. Анализ существующих методов стабилизации процесса обработки материалов резанием.

1.4. Выводы, цель и задачи исследований.

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ УСЛОВИЙ ОБРАЗОВАНИЯ НАРОСТА ПРИ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКЕ.

2.1. Аналитическое определение силы сцепления материала в пластической зоне на передней поверхности инструмента.

2.2. Исследование условий образования нароста на передней поверхности инструмента.

2.3. Напряжения и коэффициенты трения в зоне упруго-пластического контакта стружки с передней поверхностью инструмента.

2.4. Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1. Описание технического оборудования и применяемых для

• исследования материалов.

3.2. Методика исследования силы сцепления материала с передней поверхностью инструмента при точении.

3.3. Методика исследований вибраций в зоне обработки.

3.4. Методика исследования показателей качества поверхностного слоя обработанных деталей.

3.5. Математическая обработка результатов экспериментальных исследований.

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВИБРАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В ЗОНЕ ОБРАБОТКИ ПРИ ТОЧЕНИИ АВИАЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ.

4.1. Особенности вибраций в зоне обработки при точении авиационных материалов.

4.2. Влияние элементов режимов резания на удельную силу сцепления материала с передней поверхностью инструмента и частоту его срывов.

4.3. Влияние геометрии инструмента на удельную силу сцепления материала с передней поверхностью инструмента и частоту его срывов в зоне обработки.

4.4. Обобщенные зависимости удельной силы сцепления материала с передней поверхностью инструмента и частоты его срывов в зоне обработки.

4.6. Выводы по главе 4.

ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ КАЧЕСТВА ОБРАБОТАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ВИБРАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В ЗОНЕ ОБРАБОТКИ И ХАРАКТЕРИСТИК ПРОЦЕССОВ

НАРОСТООБРАЗОВАНИЯ.

5.1. Исследование влияния колебаний инструмента при токарной обработке на качественные показатели поверхностного слоя деталей.

5.2. Влияние характеристик наростообразования и технологической наследственности на состояние материала поверхностного слоя детали.

5.3. Исследование микротвёрдости материала поверхностного слоя обрабатываемой детали и его дисперсии.

5.4. Выводы по главе 5.

В настоящее время по-прежнему актуальными являются вопросы повышения качества поверхностного слоя деталей, обрабатываемых на металлорежущих станках, а также повышения производительности технологического процесса их изготовления. Особенно актуальны эти вопросы в авиастроении при обработке таких авиационных материалов, как низкоуглеродистые хро-моникелевые стали, титановые и алюминиевые сплавы, так как к деталям, применяемым в данной отрасли, предъявляются высокие требования по надёжности, ресурсу, качеству и стоимости.

Токарная обработка таких авиационных материалов, как низкоуглеродистая хромоникелевая сталь и титановые сплавы, вызывает большие затруднения, так как сопровождается значительными вибрациями системы "станок-приспособление-инструмент-деталь" (СПИД), что приводит к ухудшению качества поверхностного слоя обрабатываемых деталей. Обработка этих материалов производится при низких скоростях резания, что обусловливает появление нароста на передней поверхности инструмента. Обработка алюминиевых сплавов производится при более высоких скоростях резания, при которых вместо нароста на передней поверхности инструмента формируется так называемая застойная зона. Однако эта зона оказывается чрезвычайно неустойчивой и меняющейся по длине контакта с передней поверхностью инструмента.

В результате обработки низкоуглеродистых хромоникелевых сталей и титановых сплавов наблюдается низкая стойкость инструмента, невысокое качество поверхностного слоя получаемых деталей, включая алюминиевые сплавы, в частности, большая дисперсия таких его показателей, как шероховатость Яа, микротвёрдость Ну, толщина упрочнённого слоя АН, остаточные напряжения аост и т.д.

При обработке низкоуглеродистых хромоникелевых сталей и титановых сплавов образующиеся на передней поверхности инструмента нарост или застойная зона пластически деформированного металла периодически срываются, оставляя следы на обработанной поверхности детали и ухудшая показатели качества поверхностного слоя. К сожалению, на данный момент отсутствует простая и надёжная методика фиксации, анализа и учёта силы сцепления нароста с передней поверхностью инструмента, что существенно сдерживает разработку и внедрение в металлообработку эффективных технологических путей повышения качества поверхностного слоя обрабатываемых деталей машин.

Для многих авиационных деталей окончательной технологической операцией является шлифование, в связи с этим учёт явления технологической наследственности становится необходимым условием для обеспечения требуемых значений показателей качества поверхностного слоя обработанных деталей при их минимальной дисперсии.

Физико-механические свойства указанных авиационных материалов и требования, предъявляемые к деталям из них, вызывают необходимость при разработке технологических процессов учитывать особенности процессов наростообразования и возникающих при этом вибрационных явлений, оказывающих существенное влияние на формирование качественных показателей поверхностного слоя обрабатываемых деталей.

Исследованию технологических путей повышения эффективности механической обработки и качества деталей посвящено большое количество работ. Широко известны исследования формирования качественных показателей поверхностного слоя деталей, выполненные Э.В. Рыжовым, А.Г. Сусловым, В.Ф. Безъязычным, A.B. Королёвым, А.И. Исаевым, Д.Г. Евсеевым, С.С. Силиным, B.C. Мухиным, A.M. Сулимой и другими отечественными и зарубежными учёными. Особенно ценными являются исследования причин возникновения колебаний системы СПИД, непосредственно влияющих на качественное состояние поверхностного слоя обработанных деталей и во многом предопределяющих технологическую наследственность, выполненные В.А. Кудиновым, М.Е. Эльясбергом, Ю.Г. Кабалдиным, А.Н. Шпилевым, B.JI. За-коворотным и их учениками. В технологии машиностроения вновь возник интерес к использованию наложенных вибраций при обработке материалов (E.JI. Вейц, А.П. Сергиев, Д. Кумабэ и др.). При этом много внимания уделяется вопросам технологической наследственности при механической обработке материалов (работы A.M. Дальского, П.И. Ящерицына, Э.В. Рыжова, А.Г. Суслова, А.И. Исаева, М.С. Камсюка, В.И. Бутенко и др. учёных). Однако до сих пор не проведены комплексные исследования, раскрывающие взаимосвязи между процессами образования колебаний и физическими явлениями в зоне обработки, а также их совместное влияние на формирование качественных показателей поверхностного слоя обрабатываемых деталей с учётом технологической наследственности. Знание особенностей возникновения колебаний в зоне обработки позволит разработать эффективные технологические пути повышения качества поверхностного слоя деталей, получаемых из авиационных материалов.

Всё это подтверждает актуальность темы диссертационной работы, связанной с разработкой и исследованием технологических путей, направленных на повышение качества поверхностного слоя деталей при чистовой обработке авиационных материалов без снижения стойкости лезвийного инструмента и с учётом технологической наследственности при выполнении последующих финишных операций. Актуальность темы подтверждается также тем, что диссертация выполнялась в рамках госбюджетных работ № Т02-06.3-65 "Теоретико-экспериментальные исследования формирования качественных характеристик поверхностного слоя деталей из конструкционных материалов при механической обработке" (2003-2004 г. г.) и № Т00-6.3-308 "Теоретико-экспериментальные исследования формирования диссипативных структур поверхностного слоя деталей в функции нелинейности процесса резания материалов" (2000-2001 г. г.), определённых грантами Министерства образования Российской Федерации, в которых автор являлся соисполнителем.

Основные выводы и рекомендации диссертационной работы могут найти практическое применение в машиностроении для любых типов производства, включая и ремонт деталей машин. Высокое начальное качество изделий машиностроения, обусловленное целенаправленным воздействием на процессы наростообразования при обработке, позволит успешно решать задачи повышения надёжности и конкурентоспособности машиностроительной продукции.

ГЛАВА 6. ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ И ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОТ ВНЕДРЕНИЯ ИХ

В МЕТАЛЛООБРАБОТКУ

По результатам выполненных исследований процессов наростообразо-вания в зоне обработки и их влияния на стойкость используемого инструмента, производительность обработки и качественные показатели получаемого поверхностного слоя деталей, а также используя симплекс-метод, были разработаны практические рекомендации по совершенствованию процессов токарной обработки авиационных материалов. Так, было предложено при черновой и чистовой токарной обработке авиационных материалов производить смену резцов и перенастройку станка в соответствии с рекомендуемыми технологически выгодными режимами резания и геометрией инструмента, которые приведены в табл. 6.1.

Учитывая, что при срыве нароста резец отбрасывается вверх, для снижения частоты колебаний инструмента и улучшения тем самым качества обработанной поверхности (уменьшения А) рекомендуется резец устанавливать в резцедержателе на специальном демпфере, который позволяет снизить динамические воздействия путём демпфирования колебаний, а также уменьшить начальный импульс в момент врезания и отвода резца при обработке материалов с твёрдыми и неметаллическими включениями. Одна из возможных конструкций такого демпфера приведена на рис. 6.1.

Инструмент работает следующим образом: на суппорт токарного станка монтируется корпус устройства 1. На дополнительно смонтированных в нём цилиндрических направляющих 4 устанавливается режущий элемент 2 (резец) с выполненными в державке под передней его частью (головкой) и над задней установочными пазами и фиксируется противорасположенными упругими элементами 3, расположенными по вертикальным осям направляющих 4. Инструмент закрепляется посредством прижимных планок 5, также оснащённых установочными пазами (под направляющие 4 и упругие элементы 3), и резьбового сопряжения 6, осуществлённого через отверстие в средней части державки. В зависимости от вида обрабатываемого материала производится варьирование упругих элементов 3 с разной жёсткостью.

1. Кабалдин Ю.Г., Шпилев A.M., Бурков А.А. Хаотическая динамика технологических систем // Тез. докладов V1.Международной научн.-технич. конференции по динамике технологических систем. Том II. Ростов-на-Дону, 2001.-С. 3-8.

2. Васильков Д.В. Динамика контактных взаимодействий при обработке резанием // Тез. докладов VI Международной научн.-технич. конференции по динамике технологических систем. Том II. Ростов-на-Дону, 2001. -С. 9-13.

3. Ермаков Ю.М. Стойкость режущего инструмента как важнейший фактор качества механической обработки / В кн.: Качество машин. Сборник трудов 4-ой Международной научн.-технич. конференции. Брянск, 2001. -С. 124-125.

4. Справочник технолога-машиностроителя / Под ред. A.M. Дальского, А.Г. Косиловой, P.M. Мещерякова, А.Г. Суслова. В 2-х томах. М.: Машиностроение, 2001.

5. Суслов А.Г. Проблема качества машин // Обработка металлов, 2001, № 1(12).-С. 10-14.

6. Машиностроение. Энциклопедия. Т. III-3. технология изготовления деталей машин / A.M. Дальский, А.Г. Суслов, Ю.Ф. Назаров и др.: Под общ. ред. А.Г. Суслова. 2000. С. 840 с.

7. Старков В.К. Дислокационные представления о резании металлов. М.: Машиностроение, 1979. 160 с.

8. Дуров Д.С. Исследование рассеяния параметров шероховатости обработанной поверхности деталей / В сб.: Прочность, надёжность и качество изделий машиностроения. Таганрог, гос. радиотехн. ун-т. 2001. С. 3842. Деп. в ВИНИТИ № 1210 В 2001. от 11.05. 2001.

9. Амосов И.С. Осциллографические исследования вибраций при резании металлов. В сб.: Точность механической обработки и пути её повышения. М.: Машгиз,1951. С. 38-45.

10. Кудинов В.А. Динамическая характеристика резания // Станки и инструмент, 1963, №10. С.12-18.

11. Кудинов В.А. Автоколебания при резании с неустойчивым наростом // Станки и инструмент, 1965, № 7. С. 7-11.

12. Кудинов В.А. Динамика станков. М.: Машиностроение, 1967. 337 с.

13. Рыжков Д.И. Вибрации при резании металлов и методы их устранения.1. М.: Машгиз, 1961.-288 с.

14. Рыжков Д.И. Опыт устранения вибраций при скоростном точении. М.: Машгиз, 1954.-254 с.

15. Эльясберг М.Е. Основы теории автоколебаний при резании металлов // Станки и инструмент, 1962, № 10. С. 9-13.

16. Соколовский А.П. Научные основы технологии машиностроения. М.: Машгиз, 1955. 515 с.

17. Жарков И.Г. Вибрации при обработке лезвийным инструментом. JL: Машиностроение, 1986. 184 с.

18. Сатель Э.А. и др. Технологические возможности и перспективы применения вибрационного точения // Вестник машиностроения, 1961, № 9. -С. 15-18.

19. Кабалдин Ю.Г., Шпилев А.М., Просолович A.A. Синергетический анализ причин вибраций при резании // Вестник машиностроения, 1997, № 10.-С. 21-29.

20. Кабалдин Ю.Г. Резание металлов в условиях адиабатического сдвига элемента стружки // Вестник машиностроения, 1995, № 7. С. 79-25.

21. Каширин А.И. Исследование вибраций при резании металлов. М.: Изд-во АН СССР, 1944. 308 с.

22. Штейнберг И.С. Устранение вибраций, возникающих при резании металлов на токарном станке. М.: Машгиз, 1947. 247 с.

23. Кайдановский H.JI., Хайкин С.Э. Механические релаксационные колебания //ЖТФ,т. III, вып. 1, 1933.-С. 1132-1154.

24. Дроздов H.A. К вопросу о вибрации станка при токарной обработке //Станки и инструмент, 1937. № 12. С. 25-27.

25. Бутенко В.И., Диденко Д.И., Дуров Д.С. Шлифовальный инструмент. Патент РФ №2201865.

26. Ташлицкий Н.И. Первичный источник энергии возбуждения автоколебаний при резании металлов // Вестник машиностроения, 1960, № 2. — С. 45-50.

27. Кучма Д.К. Экспериментальные исследования вибраций при резании на токарных станках // Новые исследования в области обработки резанием. М.: Машгиз, 1948.-С. 100-128.

28. Колев К.С. Точность обработки и режимы резания. М. Машинострое-1* ние, 1968.-247 с.

29. Эльясберг М.Е., Савинов И.А. Экспериментальное определение параметров обрабатываемого материала, влияющих на устойчивость против автоколебаний и расчёт станков // Станки и инструмент, 1979, №12. С. 23-27.

30. Эльясберг М.Е. К теории и расчёту устойчивости процесса резания ме33.