автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.07, диссертация на тему:Повышение работоспособности составных композиционных сменных многогранных пластин для режущих инструментов

\

На правах рукописи

Дуреев Вадим Витальевич

ПОВЫШЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ СОСТАВНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ СМЕННЫХ МНОГОГРАННЫХ ПЛАСТИН ДЛЯ РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ

Специальность 05.02.07 - Технология и оборудование механической и физико-технической обработки

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

□□3492756

Томск -2010

003492756

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Юргинский технологический институт (филиал) Томского политехнического университета», г. Юрга

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Петрушин С. И.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Артамонов Е.В.

кандидат технических наук, доцент Нестеренко В.П.

Ведущая организация:

ГОУ ВПО Кузбасский ГТУ

Защита состоится «24» марта 2010 г. в 15 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.269.01 при Томском политехническом университете по адресу: 634050, Томск, пр. Ленина, 30.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Томского политехнического университета по адресу: г. Том£к, ул. Белинского, 53-а

Автореферат разослан «18» февраля 2010 г.

Ученый секретарь совета

по защите докторских и кандидатских

диссертаций Д 212.269.01

Т.Г. Костюченко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Анализ перспектив развития зарубежной и отечественной инструментальной промышленности показывает, что в последние годы в области конструирования сборных режущих инструментов, оснащенных сменными многогранными пластинами (СМП), наметилась тенденция к освоению выпуска составных СМП. у которых только режущая вершина оформлена в виде вставки из инструментального материала, а основа выполнена из конструкционного материала. Эта тенденция обусловлена с одной стороны тем, что происходит миниатюризация процесса обработки резанием (сокращение сечения срезаемого слоя при одновременном значительном повышении скорости резания), а с другой - стремлением к всемерной экономии дорогостоящих инструментальных материалов. В настоящее время появилось большое разнообразие форм и размеров инструментальных вставок как из твердого сплава, так и из сверхтвердых материалов для чистовой лезвийной обработки. Опыт эксплуатации такого рода СМП показывает, что существует проблема низкой прочности сцепления вставки с основой СМП, вследствие чего при прерывистом резании, врезании и иных колебаниях силы резания вставка выкрашивается и СМП теряет свою работоспособность. Эта проблема усугубляется еще и тем, что при изготовлении и эксплуатации на составную СМП воздействуют мощные тепловые потоки, которые могут привести к возникновению межслойных трещин вследствие различных коэффициентов теплового расширения материалов основы и вставки. Поэтому изучение способов повышения прочности межслойного сцепления такого рода композиционных СМП представляет собой актуальную задачу как для практики их применения, так и для проектирования составных СМП для сборных режущих инструментов повышенной надежности.

Целью диссертациониой работы является повышение работоспособности составных сменных режущих пластин путем увеличения прочности соединения вставки с материалом основы за счет оптимизации формы вставки и рационального подбора материалов в режущем композите.

Научная новизна работы.

1. Установлено влияние формы вставки на напряженно-деформированное состояние (НДС) составных СМП.

2. Разработана методика проектирования составных режущих пластин с оптимальной формой инструментальной встатеи.

3. Разработаны принципы рационального сочетания материалов в слоистых композитах, обеспечивающие повышение их прочности на границах раздела.

Практическая ценность работы.

1. Разработаны рекомендации по конструированию составных сменных режущих пластин с оптимальной формой вставки, позволяющие еще на стадии проектирования рассчитывать форму вставки, снижая внутренние напряжения в СМП.

2. Разработана технология изготовления составных композиционных сменных многогранных пластин, позволяющая соединять материалы разнородного состава методом порошковой металлургии.

3. Созданы конструкции составных режущих пластин повышенной работоспособности, позволяющие снизить температуру в зоне резания и тем самым повысить их стойкость.

Методы исследования, достоверность н обоснованность результатов.

Теоретические исследования проводились на основе численного метода конеч-

ных элементов (МКЭ), профаммирования и компьютерного моделирования с использованием современных средств вычислительной техники. Экспериментальные исследования выполнялись в лабораторных условиях и включали в себя определение предела прочности при изгибе, изготовление двухслойных твердосплавных пластин и их испытания в соответствии с техническими условиями для твердых сплавов, разработку технологии изготовления композиционных режущих пластин, а также проведение сравнительных испытаний по определению теплового поля при резании и стойкости. Достоверность результатов диссертационной работы подтверждается результатами и воспроизводимостью экспериментальных исследований, их сходимостью с аналогичными данными других авторов, производственными испытаниями и апробацией полученных результатов.

Личный вклад автора состоит в постановке задач диссертации, проведении экспериментальных и теоретических исследований и в обработке полученных результатов, формулировке выводов и положений, выносимых на защиту, подготовке публикаций по данной теме.

Положения, выносимые на защиту.

1. Закономерности влияния на прочность составного режущего инструмента формы вставки из инструментального материала, свойств материалов вставки и основы пластины, а также технологии его изготовления.

2. Методика расчета прочности сцепления вставки и основы СМИ. позволяющую выбрать наиболее эффективную форму вставки и оптимальное сочетание материалов.

3. Разработанные принципы оптимального сочетания материалов в слоистых композитах, обеспечивающие повышение их прочности на границах раздела

4. Модели современных составных СМП, позволяющие повысить работоспособность сборных инструментов, армированных инструментальными вставками.

Реализация результатов работы.

На одну из разработанных конструкций композиционной режущей пластины получен патент на полезную модель (№ 73252). Результаты работы внедрены на металлообрабатывающих предприятиях ООО «Дорметпром» (г. Юрга). ООО «Бико» (г. Юрга), ООО «Юргинский машзавод» (г. Юрга).

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены и обсуждены на трех международных конференциях студентов, аспирантов, и молодых ученых «Современные техника и технологии» - г. Томск (2002. 2003, 2005 гг.); на двух международных научно-технических конференциях «Современные проблемы в машиностроении» - г. Томск (2004, 2008 гг.); на пяти научных конференциях ЮТИ ТПУ в г. Юрга (2001, 2004, 2006 - 2008 гг.); на всероссийской научно-практической конференции «Ресурсосберегающие технологии в машиностроении» -г. Бийск (2003 г.); на Всероссийской конференции инновационных проектов аспирантов и студентов «Индустрия наносистем и материалы» - г. Москва (2005 г.); на двух международных научно-технических конференциях "Новые материалы, неразру-шающий контроль и наукоемкие технологии в машиностроении" - г. Тюмень (2005, 2008 гг.); на международной научно-технической конференции «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании» - г. Одесса (2006 г.); на четырех всероссийских научно-практических конференциях «Проблемы повышения эффективности металлообработки в промышленности на современном этапе» - г. Новосибирск (2006 - 2009 гг.); на межотраслевой научно-технической конференции «Автоматизация и прогрессивные технологии» - г. Ново-

уральск (2008 г.); на международной конференции «Композиционные материалы в промышленности» - г. Ялта (2008 г.); на всероссийской научно-технической конференции «Механики - XXI веку» г. Братск (2008 г.); на Международной конференции по физической мезомеханике, компьютерному конструированию и разработке новых материалов - г. Томск (2009 г.); на расширенных заседаниях кафедр «Технология автоматизированного машиностроительного производства» ТПУ, «Технология машиностроения» ЮТИ ТПУ, «Металлорежущие станки и инструменты» КузГТУ (2009 г.), «Станки и инструменты» ТюмГНГУ (2010 г.).

Исследования проводились при содействии гранта для поддержки научно-исследовательской работы аспирантов высших учебных заведений Министерства образования № А04-3.18-430 (2004 г.); программы «СТАРТ», проводимой Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (2007 г.); гранта на проведение молодыми учеными научных исследований в ведущих научно-педагогических коллективах Томского политехнического университета (2009 г.).

Данная работа стала победителем всероссийского конкурса инновационных проектов аспирантов и студентов по приоритетному направлению ФЦНТП «Индустрия наносистем и материалы» - г. Москва (2005 г.); Лауреатом Открытого конкурса Санкт-Петербургского государственного политехнического университета «Инновация 2006» - г. Санкт - Петербург (2006 г.); Лауреатом Окружного этапа Всероссийского молодежного инновационного конвента по Сибирскому федеральному окруту в номинации «Лучший инновационный проект» - г. Новосибирск (2009 г.).

Публикации. По содержанию работы и основным результатам исследований опубликовано 28 печатных работ, в том числе три патента на полезные модели и одна статья в издании, входящем в перечень ВАК.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Основное содержание работы изложено на 172 страницах и содержит 138 рисунков, 12 таблиц и список литературы, состоящий из 139 источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложена актуальность темы и представлено краткое содержание диссертации. Сформулированы цель, научная новизна и практическая ценность работы, а так же основные положения выносимые на защиту.

В первой главе проведен аналитический обзор и патентный поиск видов вставок из различных инструментальных материалов, а также конструкций составного и композиционного режущего инструмента. Предложена классификация композиционных режущих пластин. Рассмотрены условия отсутствия межслойных трещин в композиционных материалах. Проведен анализ существующих методик по созданию инструмента повышенной работоспособности по критерию равнопрочное™ лезвия, то есть лезвия, имеющего одинаковое НДС в определенных зонах.

Изучению проблем работоспособности и прочности режущего инструмента посвящено большое количество работ отечественных и зарубежных ученых (Е.В. Артамонов, А.И. Бетанели, A.C. Верещака, Г.И. Грановский, A.M. Даниелян, А.Е. Древаль, И.А. Ефимович, H.H. Зорев, Ю.Г. Кабалдин, B.C. Кушнер, Т.Н. Лоладзе, А.Д. Макаров, Ю.И. Некрасов, С.И. Петрушин, М.Ф. Полетика, А.Н. Резников, A.M. Розенберг, С.И. Тахман, М.Х. Утешев, Г.Л. Хает, Steven Knott и другие исследователи). В работах A.A. Моховикова, И.М. Бобровича создан инструмент повышенной работоспо-

собности при обеспечении критерия равнопрочное™ за счет изменения формы передней поверхности режущей части. В работе О.Ю. Ретюнского данный критерий обеспечивается созданием композиционного лезвия с переменными по его сечению значениями модуля упругости.

На основании аналитического обзора литературы и проведенного патентного поиска была сформулирована цель и определены следующие задачи работы:

1. Подобрать материалы основы и инструментальные материалы вставки для обеспечения условия отсутствия межслойных трещин, возникающих при изготовлении и эксплуатации составных СМП.

2. Рассчитать напряжения, возникающие в режущем клине при резании пластиной со вставкой, выявить опасные по прочности зоны и определить такую форму вставки, при которой внутренние напряжения в СМП будут минимальными.

3. Разработать методику проектирования составных сменных многогранных пластин со вставками для оснащения сборных режущих инструментов и спроектировать составную сменную режущую пластину с оптимальной формой вставки.

4. Разработать технологию производства и изготовить составные режущие пластины со вставками, а также провести сравнительные эксперименты по определению стойкости и температуры резания при работе однородным и составным инструментом.

Во второй главе определены условия отсутствия межслойных трещин в составной режущей пластине, проведены расчеты по определению материалов основы и вставки, сочетающихся без образования межслойных трещин, а так же проведена экспериментальная проверка данной методики при спекании двухслойных пластин.

Одной из задач, необходимой для решения проблемы увеличения прочности составных СМП, является обеспечение отсутствия межслойных трещин на границе раздела материалов основы и вставки, которые возникают вследствие различных коэффициентов термического линейного расширения данных материалов. Используя методику проф. А.С. Верещака, были определены условия отсутствия трещин, основанные на сравнении напряжений, возникающих при максимальном нагреве слоистого композита со значениями пределов прочности материалов основы и вставки

где [<т\, и [ст], - пределы прочности материала соответственно при растяжении и сжатии; К, - коэффициент запаса; <jc¡ - остаточные напряжения в материале с меньшим значением коэффициента термического линейного расширения аг; оо2 - то же, с большим значением ат.

Для расчета величины остаточных напряжений на границе фаз в работе использована следующая формула:

где - коэффициент термического линейного расширения, модуль упругости

и коэффициент Пуассона для первого материала; аТ2,Е2,//2 - то же, для второго материала; AT • температура нагрева при изготовлении или эксплуатации, А, и Л2 -толщины первого и второго слоя, соответственно.

На рис. 1 представлены некоторые результаты расчетов в программе MathCad двух сочетаний вставки из твердого сплава с материалами основы пластины. Как видно, при сочетании материалов Т15К6 и ВК8 (рис. 1, а) не происходит пересечения

'<*«Ф\/К,> о,л > 0;

<то2<0,

(1)

(2)

МПа

Т15К6- ВК8

МПа

а) Мь б) Мъ

Рис. 1 Изменение термических напряжений в зависимости от толщины слоев

кривой термических напряжений линии предела прочности при любых соотношениях толщин. Следовательно, при таком сочетании материалов вставки и основы не будет образовываться межслойных трещин. При сочетании Т30К4-У12 (рис. J, б) возможность существования монолитной двухслойной пластины с одной стороны ограничена возникновением межслойных трещин из-за превышения предела прочности на сжатие Стали У12, а с другой - пределом прочности на растяжение твердого сплава (заштрихованная область графика). Существование такой композиции возможно при отношении толщин от 0,22 до 1,8. Рассчитывались также сочетания твердого сплава (марки ВК8, Т5К10, Т15К6 и др.) со Сталями 60, 12МХ, У12. Наиболее оптимальным с точки зрения трещиностойкости из рассмотренных сочетаний материалов является соединение Стали 60 со многими видами твердого сплава. При расчетах сочетания твердого сплава Т30К4 с ВК8 при соотношении толщин равным единице, возникающие тепловые напряжения превысили значения предела прочности при растяжении твердого сплава Т30К4, что должно привести к появлению межслойных трещин.

Для подтверждения результатов расчетов были изготовлены двухслойные образцы с соотношением толщин, равным единице, из разных сочетаний твердых сплавов (ВК8, Т5К10, Т15К6, Т30К4), которые в основном дали качественное соединение без образования трещин и расслоений. Исключение составило сочетание ВК8-Т30К4, у которого при спекании всех образцов появились трещины на границе раздела материалов (рис. 2), что соответствует ранее проведенным расчетам.

Таким образом, используя данную расчетную методику, можно еще на начальном этапе проектирования подобрать материал основания составной СМП, сочетающийся с материалом вставки без трещин, вызванных разными величинами ат.

В третьей главе были разработаны конструкции равнопрочных композиционных СМП, проведены расчеты по определению НДС в зависимости от формы инструментальной вставки, а так же были определены положения нулевой линии напряжений для проектирования формы вставки в составной СМП.

В работе О.Ю. Ретюнского получены двумерные решения по созданию композиционных СМП повышенной работоспособности, однако для создания объемной СМП этого недостаточно. Поэтому на первом этапе были спроектированы трехмерные композициоипые модели режущих пластин по критерию равнопрочности для черновой (рис. 3, а) и чистовой обработки (рис. 3, б).

Рис. 2 Вид разрушения

двухслойной пластины ВК8-Т30К4

а) б)

Рис. 3 Модели трехмерных композиционных СМИ для Рг=1000 Н; Ру=200 Н.

I I- материал режущей части; Ш- материал основания; О - переходный материал.

Данные модели композиционных СМП очень сложны в производстве, и одним из возможных способов изготовления такого рода сложных изделий является селективное лазерное спекание порошков. В то же время эти решения являются идеальными проектами для составных СМП и отправной точкой для определения формы инструментальной вставки.

Для определения наиболее работоспособной формы вставки составных СМП был рассмотрен ряд распространенных форм инструментальных вставок из кубического нитрида бора (КНБ) и проведены расчеты МКЭ по определению НДС режущих пластин в зависимости от формы вставки (рис. 4, а, б) в сравнении с однородной пластиной из КНБ. Также проведено определение НДС составной пластины с формой вставки фирмы «БапсМк Соготат» типа «ласточкин хвост» (рис. 4, в). По сравнению с цельной у составных пластин с большинством форм вставок напряжения сжатия незначительно уменьшаются (рис. 5), и в тоже время существенно повышаются напряжения растяжения. Это оказывает отрицательное воздействие на прочность инструментальных материалов, которые имеют сравнительно небольшие пределы прочности при растяжении, а так же на общую прочность составной режущей пластины.

а)

Рис. 4 Виды форм вставок из КНБ. а) «квадрат»; б) «треугольник»; в) «сегмент»;

г) «ласточкин хвост»

,„„ МПа

—О-

I растяжение

218 220

174

168

291

цельная «квадрат» «треугольник» «сегмент» "ласточкин

хвост"

Рис. 5 Влияние формы вставки на максимальные напряжения при резании

Расчеты вставки типа «ласточкин хвост» показали существенное увеличение обоих видов напряжений (сжатия и растяжения), причем напряжения растяжения увеличились более чем в 2 раза по сравнению с цельной пластиной (см. рис. 5). В результате данный метод крепления вставки, увеличивая прочность сцепления за счет своей геометрии, значительно уменьшает прочность самой вставки из-за увеличения напряжений растяжения, что может привести к поломкам вставки в процессе работы.

В результате проведенного анализа наиболее оптимальной конструкцией вставки с точки зрения получения минимальных внутренних напряжений являются вставки типа «квадрат» и «сегмент». В изготовлении проще конструкция вида «квадрат», и поэтому она более предпочтительна, несмотря на некоторое увеличение напряжений по сравнению со вставкой сегментного вида.

Для определения напряжений в процессе свободного резания пластиной со вставкой из твердого сплава был произведен сравнительный расчет НДС методом конечных элементов в программном комплексе АЫЗУБ Ое51^8расе для однородной пластины из твердого сплава и формы вставки типа «квадрат». Исследовалось сочетание вставки твердого сплава Т15К6 с основой пластины из Стали 60 при различной геометрии режущей части и составляющими силы резания: Р2 = 1000 Н. Ру= 500 Н. В результате получено увеличение напряжений растяжения почти в 2 раза для пластины со вставкой (рис. 6). Для уменьшения этих напряжений была предложена фигурная вставка, верхняя поверхность которой совпадает с положением нулевой линии напряжений. Расчет на НДС пластин с фигурной вставкой при тех же условиях показал, что напряжения повысились незначительно по сравнению с однородной пластиной из твердого сплава и стали значительно меньше, чем у пластин с прямоугольной вставкой (рис. 7).

МПа

377,5

МГЪ 681,4

1 400,С 200.С

I

\

________

а) б)

Рис. 6 Расчет НДС однородной пластины (а) и пластины со вставкой (б): а=7°; у=0°.

МПа Сжэтие

681,09 1000

600

512,00

600

377.49

400

824,30

775,80

683,08 п

цельная пластина прямоугольная вставка фигурная вставка цельная пластина прямоугольная вставка фигурная вставка

Рис. 7 Сравнение максимальных нормальных напряжений

Расчетная прочность пластин с фигурной вставкой повысилась по сравнению с конструкцией составных пластин с квадратной вставкой, так как здесь было использовано условие равнопрочности форм лезвия инструмента.

В четвертой главе изложена методика проектирования формы передней поверхности вставки по расчетам положения нулевой линии, была сконструирована конструкция режущей пластины для отрезного резца, а так же разработаны трехмерные проекты составных СМП со вставками.

Для сменных режущих пластин под отрезной резец была спроектирована кон-

струкция композиционной составной режущей пластины с фигурной вставкой из твердого сплава Т15К6, на которую получен патент на полезную модель

№73252 (рис. 8). При этом экономия твердого сплава по сравнению с однородной твердосплавной режущей пластиной составила около 80%.

Инструментальная вставка

Основа пластины

Рис. 8 Композиционная режущая пластина

При конструировании составных СМП с оптимальной формой вставки были проведены расчеты на НДС для отыскания положения и формы нулевой линии напряжений (рис. 9), рассчитанные в зависимости от формы СМП и составляющих силы резания. По этим данным были спроектированы трехмерные модели СМП квадратной и трехгранной формы с фигурными вставками (рис. 10).

Рис. 9 Положение нулевой линии напряжений в квадратной (а) и трехгранной (б) СМП

Рис. 10 Модели квадратной (а) и трехгранной (б) составной СМП

I 11

В пятой главе разработана технология изготовления составных режущих пластин, описаны сравнительные эксперименты по определению тепловых полей при резании и стойкости разработанных составных и однородных режущих пластин, а так же приводится экономическое обоснование целесообразности применения разработанного составного режущего инструмента.

В ходе экспериментов были изготовлены двухслойные пластины, которые про' ходили проверку на соответствие ГОСТу 4872, включающую в себя проведение исследований по определению плотности, твердости, предела прочности при изгибе, исследование макроструктуры и др.. Для изготовления двухслойных пластин было разработано приспособление, на конструкцию которого получен патент на полезную мо-I дель №47788. Все образцы спекались при идентичных режимах в вакуумной электропечи СТВ-3,23.1.2/14. Для сравнения проводилось изготовление однородных пластин I из каждого вида твердого сплава, участвующего в спекании двухслойных пластин. В результате была доказана достоверность проведенных расчетов по определению условий отсутствия межслойных трещин.

Разработанная технология изготовления спроектированного режущего инструмента с фигурной вставкой включала следующее. Инструментальная фигурная вставка изготавливалась отдельно по стандартному технологическому процессу изготовления твердого сплава, либо вырезалась из уже спеченного твердого сплава другой фор-I мы. Вставка размещалась в пресс-форме, которая потом заполнялось материалом основы режущей пластины и происходило совместное прессование. Подготовленная шихта спекалась в вакуумной печи при определенных режимах. Полученная таким образом заготовка составной режущей пластины в дальнейшем может быть подвергнута последующей обработке, стандартной для однородного твердосплавного инструмента: шлифование, нанесение покрытий и других.

При изготовлении разработанной конструкции составного режущего инструмента с фигурной вставкой были подобраны оптимальные режимы изготовления: давление при прессовании 600 МПа, температура спекания 1150°С и время спекания 1,5 часа. Они обеспечивали минимальную пористость, максимальную плотность, требуемую микротвердость и в тоже время небольшой размер зерна. Для лучшего взаимодействия материалов вставки (твердый сплав ! Т15К6) и основы пластины (состоящей из порошка железа 96%, графита 1,5% и меди 2,5%) на границу раздела материалов добавлялось небольшое количество порошка меди. В результате были Рис- 11 Составная режущая пластина получены качественные образцы для отрезного резца 1 составных композиционных режущих пластин (рис.11).

Для определения температуры при резании проводились эксперименты однородной и составной режущими пластинами из твердого сплава Т15К6. Обработка проводилась на токарно-винторезном станке «Кусон 3» при свободном резании толстостенной трубы из Стали 55 диаметром 150 мм, толщиной стенки 3,5 мм (длина лезвия 5 мм) со скоростью резания 187 м/мин при продольной подаче 0,1 мм/об.

Измерение теплового поля проводилось на боковой поверхности резца после 60 секунд обработки тепловизором ТЬегтаСаш Р65 Ш фирмы РЬШ на протяжении не менее 10 секунд. Исходные картины теплового поля с тепловизора в виде матриц передавались в программу МаЛЬаЬ, в которой производилась их обработка и построение диаграмм теплового поля при резании однородной (рис. 12, а) и составной (рис. 12, б) режущей пластиной. По данным диаграммам сделан вывод о том, что температура при резании разработанной составной режущей пластиной по сравнению с однородной твердосплавной уменьшилась в среднем на 18% в связи с большим отводом тепла из зоны резания через основу пластины, имеющую высокую теплопроводность.

а) б)

Рис. 12 Тепловое поле при резании однородной (а) и составной (б) пластинами (положение заготовки, резца и стружки показано условно)

Для определения стойкости разработанных составных режущих пластин был проведен сравнительный эксперимент на токарно-винторезном станке «Кусон 3» при тех же условиях. Износ измерялся по задней поверхности через каждые 20 сек. обработки, за критерий было принято значение износа по задней поверхности равное 1 мм. У предлагаемой составной режущей пластины стойкость возросла на 13% (рис. 13), при одинаковых значениях геометрии, режимов резания и одинаковым режущим материалом и у однородной режущей пластины и у составной.

Для определения эффективности применения разработанного составного режущего инструмента рассчитана себестоимость изготовления данного режущего инструмента. Поскольку входящие в технологический процесс изготовления составной

Стандартная пластина Предлагаемая пластина

Рис. 14 Диаграмма себестоимости

Стандартная пластина Предлагаемая пластина

Рис. 13 Диаграмма стойкости

режущей пластины технологические операции смешивания порошкообразных компонентов, сушки, пластифицирования, прессования, спекания аналогичны как при изготовлении составной, так и при изготовлении однородной режущей пластины, то эффект определялся на основе экономии инструментальных материалов и с учетом дополнительных затрат энергии, материалов и труда, необходимых для изготовления составного режущего инструмента по сравнению с изготовлением пластины из однородного материала.

Исходя из стоимости материалов основы и вставки, а так же их процентного содержания определялись затраты на материалы. К себестоимости изготовления составных пластин добавлялись дополнительные расходы на пресс-формы, дополнительное прессование, спекание, заработная плата и др. В результате себестоимость изготовления составного режущего инструмента составила не более 60% (см. рис. 14) от себестоимости изготовления однородного режущего инструмента за счет существенного сокращения использования дорогостоящего инструментального твердого сплава.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Одной из причин снижения прочности составных СМП при прочих равных условиях является неоптимальная форма вставки из инструментального материала.

2. Путем рационального сочетания материалов основы и вставки СМП, можно исключить возникновение термических межслойных трещин в инструментальных композитах.

3. Предложенная методика проектирования составного режущего инструмента с формой вставки из разнообразных инструментальных материалов, позволяет снизить напряжения растяжения в режущем инструменте в процессе резания.

4. Разработанные конструкции композиционных составных режущих пластин обеспечивают повышение прочности закрепления вставки из инструментального материала в основе пластины.

5. Экспериментальные исследования эксплуатационных свойств составных композиционных сменных пластин разработанной конструкции показали, что стойкость предлагаемых пластин на 13% выше, а температура на 18% ниже, по сравнению со стандартными цельными твердосплавными пластинами. Этот эффект объясняется лучшими условиями теплоотвода в предложенных составных СМП.

6. Разработанные конструкции композиционных составных СМП позволяют сократить использование дорогостоящего инструментального материала до 80% по сравнению с цельными СМП. Себестоимость изготовления разработанных составных режущих пластин с улучшенной работоспособностью составит 60% от себестоимости изготовления однородных режущих пластин.

7. На разработанную конструкцию режущей пластины получен патент на полезную модель № 73252, на предложенные конструкции устройств для изготовления режущих пластин получены патенты на полезные модели №№ 46695, 47788.

8. Результаты диссертационной работы внедрены на ООО «Дорметпром», ООО «Бико», ООО «Юргинский машзавод» (г. Юрга).

Основное содержание диссертации изложено в работах (*):

1. Дуреев В.В., Оеечкин Б.Б., Мельников А.Г. Проектирование и изготовление композиционного металлорежущего инструмента для свободного резания // Известия Томского политехнического университета. 2008. - Т. 313. №2. С 48-52.

2. Пат. 46695 на полезную модель / Российская Федерация, МПК7 B22F3/105, B22F7/00. Устройство для изготовления режущих пластин /Дуреев В.В., Воробьев A.B., Ретюнский О.Ю.; Заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Томский политехнический университет. - заявл. 28.02.05; опубл. 27.07.2005, Бюл. № 16.

3. Пат. 47788 на полезную модель / Российская Федерация, МПК7 B22F3/105, B22F7/00. Устройство для изготовления режущих пластин / В. В. Дуреев, О.Ю. Ретюнский, Е.А.Алферова -Заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Томский политехнический университет. -Заявл .01.04.05; Опубл. 10.09.2005, Бюл. №25.

4. Пат. 73252 на полезную модель / Российская Федерация, МПК7 В23В27/16. Композиционная режущая пластина / В.В. Дуреев - Заявитель и патентообладатель ООО «Экономтвердосплав» и ГОУ ВПО Томский политехнический университет. - Заявл. 20.03.2007; Опубл. 20.05.2008, Бюл. № 14.

5. Дуреев В.В., Ретюнский О.Ю. Построение трехмерных твердотельных моделей композиционных СМП // Труды XIV научно-практической конференции, посвященной 300-летию инженерного образования России. - Филиал ТПУ, Юрга: Изд. ТПУ,

2001.-С. 79-80.

6. Дуреев В.В., Ретюнский О.Ю. Методика изготовления равнопрочных СМП с уменьшенным содержанием твердого сплава II Ресурсосберегающие технологии в машиностроении: Материалы 2-ой межрегиональной научно-практической конференции с международным участием. - Алт. гос. техн. ун-та, 2002. - С. 189.

7. Дуреев В.В., Ретюнский О.Ю. Методика проектирования и изготовление равнопрочных композиционных СМП методом селективного лазерного спекания (СЛС) // Труды VIII международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Современные техника и технологии". - Томск: Изд.ТПУ,

2002. -Т2. - С. 106-107.

8. Дуреев В.В., Ретюнский О.Ю. Конструкция приспособлений для послойной засыпки порошковых материалов // IX Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых "Современные техника и технологии", г. Томск, 7-11 апреля 2003 г. Труды. В 2-ч т. - Томск: Изд-во Томского политехи, унта, 2003. - Т. 1.- С. 186-188.

9. Дуреев В.В., Алферова Е.А., Ретюнский О.Ю. Классификация композиционных материалов и методика проверки трещиностойкости двухслойных СМП Н Современные проблемы машиностроения. Труды II Международной научно-технической конференции. - Томск: Изд-во ТПУ, 2004. - С. 163-167.

10. Дуреев В.В., Алферова Е.А., Ретюнский О.Ю. Проверка выполнения условия отсутствия трещин при спекании двухслойных СМП // Труды II Всероссийской научно-практической конференции «Прогрессивные технологии и экономика в машиностроении». В 2-х т.- Филиал ТПУ, Юрга: Изд. ТПУ, 2004.-Т.1. - С. 152.

11. Дуреев В.В. Композиционный металлорежущий инструмент с минимальным содержанием твердого сплава // Индустрия наносистем и материалы. Всероссийская

конференция инновационных проектов аспирантов и студентов: Материалы конференции. -М.: МИЭТ, 2005-С. 61-65.

12. Дуреев В.В.. Алферова Е.А. Композиционные сменные многогранные пластины с минимальным содержанием твердого сплава // Новые материалы, неразрушающий контроль и наукоемкие технологии в машиностроении. Материалы III международной научно-технической конференции. - Тюмень: Феликс, 2005. - С. 92-93.

13. Дуреев В.В., Алферова Е.А. Методика проверки отсутствия трещин при спекании двухслойных режущих пластин // XI Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии», 29 марта-2 апреля 2005г. Труды в 2-х т. - Томск: Изд-во Томского политехи, ун-та, 2005. - Т. 1. - С. 248-249.

14. Дуреев В.В. Влияние формы вставки на напряжено-деформированное состояние пластины // Труды IV Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Прогрессивные технологии и экономика в машиностроении». В 2-х т.- ЮТИ ТПУ, Юрга: Изд. ТПУ, 2006.-Т. 1. - С. 14-16.

15. Дуреев В.В. Определение формы вставки в композиционной режущей пластине // Сборник научных трудов по материалам международной научно-технической конференции «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании 2006». Т.2. Технические науки. - Одесса: Черноморье. 2006. -С. 67-69.

16. Дуреев В.В. Твердосплавный металлорежущий инструмент // Материалы 4-ой Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы повышения эффективности металлообработки в промышленности на современном этапе». - Новосибирск: Изд. НГТУ, 2006 - С. 72-77.

17. Дуреев В.В. Влияние формы вставки КНБ на напряжено-деформированное состояние пластины // Труды V Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Инновационные технологии и экономика в машиностроении». - ЮТИ ТПУ, Юрга: Изд. ТПУ, 2007.-558 с. С. 153-157.

18. Дуреев В.В. Оценка эффективности вторичного использования изношенных твердосплавных сменных многогранных пластин // Материалы 5-ой Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы повышения эффективности металлообработки в промышленности на современном этапе». - Новосибирск: Изд. НГТУ, 2007.- 128 с. С. 111-113.

19. Дуреев В.В. Проектирование форм вставок в композиционном твердосплавном инструменте // Автоматизация и прогрессивные технологии: Труды V межотраслевой научно-технической конференции, том. I. - Новоуральск: Изд-во НГТИ, 2007. - 217с. С. 159-160.

20. Дуреев В.В. Отработка технологии изготовления подложки композиционной металлорежущей пластины // Современные проблемы машиностроения. Труды IV Международной научно-технической конференции. - Томск: Издательство ТПУ, 2008 -666 с. С. 202 - 207.

21. Дуреев В.В. Композиционная режущая пластина для свободного резания // Сборник тезисов докладов: VII Конференция молодых ученых «КоМУ-2008» -Ижевск: ФТИ УрО РАН, УдГУ, ИжГТУ. 2008 - 94 с. С. 24-25.

22. Дуреев В.В. Конструкция режущей пластины с твердосплавной вставкой // Материалы 6-ой Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы повышения эффективности металлообработки в промышленности на современном этапе». - Новосибирск: Изд. НГТУ, 2008. - 176 с. С. 138-141.

t

23. Дуреев В.В. Проектирование композиционного металлорежущего инструмента // Композиционные материалы в промышленности: Материалы Двадцать восьмой международной конференции, Ялта - Киев: УИЦ «НАУКА. ТЕХНИКА. ТЕХНОЛОГИЯ», 2008. - 583 с. С. 542 - 544.

24. Дуреев В.В. Проектирование режущей пластины с твердосплавной вставкой для свободного точения // Механики XXI веку. VII Всероссийская научно-техническая конференция с международным участием: сборник докладов. - Братск: ГОУ ВПО «БрГУ», 2008. - 428 с. С. 152 - 154.

25. Дуреев В.В. Режущая пластина со вставкой // Инновационные технологии и экономика в машиностроении: труды VI Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. - Томск: Издательство ТПУ, 2008. - 479 с. С. 96 -98.

26. Дуреев В.В. Режущий инструмент с минимальным содержанием инструментального материала // Новые материалы, неразрушающий контроль и наукоемкие технологии в машиностроении. В 2 т. Том 2: Материала IV Международной научно-технической конференции. - Тюмень: Изд. «Вектор Бук», 2008. - 284 с. С. 88 - 93.

27. Дуреев В.В. Изготовление составного режущего инструмента со вставкой из твердого сплава// Материалы 7-ой Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы повышения эффективности металлообработки в промышленности на современном этапе». - Новосибирск: Изд. НГТУ. 2009. - 126 с. С. 108-111.

28. Дуреев В.В., Петрушин С.И. Перспективы по использованию композиционного составного твердосплавного режущего инструмента // Труды Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодежи. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2009. - 309 с. - С. 91-93 .

(* курсив - для публикаций в изданиях, входящих в перечень ВАК и патентов)

Отпечатано на ризографе в ЮФ ФГУП ЦНИИ «Комплекс» Заказ № //*</<? Тираж 110 экз. 15.02.2010 г. Лицензия №44-58 от 03.02.1998г.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1 Обзор современных конструкций составного и композиционного режущего инструмента.-.

1.2 Классификация современных композиционных сменных многогранных пластин.

1.3 Условия отсутствия межслойных трещин в композиционном режущем клине.

1.4 Определение оптимальной формы передней поверхности лезвия.

1.5 Оптимальное распределение инструментальных материалов в режущем клине по условию равнопрочности.

1.6 Выводы по главе 1.

1.7 Цель и задачи исследования.

Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ СЦЕПЛЕНИЯ • ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ В МНОГОСЛОЙНЫХ КОМПОЗИТАХ.

2.1 Оптимальные сочетания материалов по критерию отсутствия трещин у многослойных пластин.

2.1.1 Материалы, при сочетании которых не образуется межслойных трещин при всех исследуемых соотношениях толщин.

2.1.2 Материалы, при сочетании которых не образуется межслойных трещин при определенных соотношениях толщин.

2.2 Результаты экспериментов по спеканию двухслойных пластин.

2.3. Выводы по главе 2.

Глава 3. РАСЧЕТ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАНОГО СОСТОЯНИЯ СОСТАВНОГО ИНСТРУМЕНТА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ФОРМЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ВСТАВКИ.

3.1 Методика построения трехмерных моделей, соответствующих критерию равнопрочности.

3.2 Методика расчета на напряжено-деформированное состояние методом конечных элементов.

3.3 Определение напряжений в режущем клине в зависимости от формы вставки.

3.4 Определение формы вставки из инструментального материала, повышающей прочность составной пластины.

3.5 Расчет напряженно-деформированного состояния сменной пластины для отрезного резца. 86 ✓

3.6 Расчет напряженно-деформированного состояния режущего лезвия для случая несвободного резания.

3.7 Выводы по главе 3.

Глава 4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ РАВНОПРОЧНОГО СОСТАВНОГО РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА.

4.1 Проектирование композиционной сменной режущей пластины для отрезного резца.

4.2 Проектирование композиционного режущего инструмента для несвободного резания.

4.3 Выводы по главе 4.

Глава 5 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ

ХАРАКТЕРИСТИК СОСТАВНЫХ РЕЖУЩИХ ПЛАСТИН.

5.1 Экспериментальное исследование трещиностойкости сложных инструментальных композитах.

5.1.1 Определение плотности спеченных образцов.

5.1.2 Определение твердости спеченных образцов.

5.1.3. Определения предела прочности при поперечном изгибе спеченных образцов.

5.1.4 Макроструктура излома пластин.

5.2 Создание технологии изготовления составного режущего инструмента.

• 5.2.1 Основание пластины. Материалы и методика исследований.

5.2.2 Исследование физико-механических свойств композиционного материала.

5.2.3 Разработка технологии изготовления композиционного режущего инструмента.

5.3 Сравнительный эксперимент по определению температуры при резании. '

5.4 Сравнительный эксперимент по определению стойкости составных режущих пластин.

5.5 Расчет себестоимости изготовления разработанной составной режущей пластины.

5.6. Выводы по главе 5.

Актуальность темы диссертации. Анализ перспектив развития зарубежной и отечественной инструментальной промышленности показывает, что в последние годы в области конструирования сборных режущих инструментов, оснащенных сменными многогранными пластинами (СМП), наметилась тенденция к освоению выпуска составных СМП, у которых только режущая вершина оформлена в виде вставки из инструментального материала, а основа выполнена из конструкционного материала. Эта тенденция обусловлена с одной стороны тем, что происходит миниатюризация процесса обработки резанием (сокращение сечения срезаемого слоя при одновременном значительном повышении скорости резания), а с другой - стремлением к всемерной экономии дорогостоящих инструментальных материалов. В настоящее время появилось большое разнообразие форм и размеров инструментальных вставок как из твердого сплава, так и из сверхтвердых материалов для чистовой лезвийной обработки. Опыт эксплуатации такого рода СМП показывает, что существует проблема низкой прочности сцепления вставки с основой СМП, вследствие чего при прерывистом резании, врезании и иных колебаниях силы резания вставка выкрашивается и СМП теряет свою работоспособность. Эта проблема усугубляется еще и тем, что при изготовлении и эксплуатации на составную СМП воздействуют мощные тепловые потоки, которые могут привести к возникновению межслойных трещин вследствие различных коэффициентов теплового расширения материалов основы и вставки. Поэтому изучение способов повышения прочности меж-слойного сцепления такого рода композиционных СМП представляет собой актуальную задачу как для практики их применения, так и для проектирования составных СМП для сборных режущих инструментов повышенной надежности.

Целью диссертационной работы является повышение работоспособности составных сменных режущих пластин путем увеличения прочности соединения вставки с материалом основы за счет оптимизации формы вставки и рационального подбора материалов в режущем композите.

Научная новизна работы.

1. Установлено влияние формы вставки на напряженно-деформированное состояние (НДС) составных СМП.

2. Разработана методика проектирования составных режущих пластин с оптимальной формой инструментальной вставки.

3. Разработаны принципы рационального сочетания материалов в слоистых композитах, обеспечивающие повышение их прочности на границах раздела.

Практическая ценность работы.

1. Разработаны рекомендации по конструированию составных сменных режущих пластин с оптимальной формой вставки, позволяющие еще на стадии проектирования рассчитывать форму вставки, снижая внутренние напряжения в СМП.

2. Разработана технология изготовления составных композиционных сменных многогранных пластин, позволяющая соединять материалы разнородного состава методом порошковой металлургии.

3. Созданы конструкции составных режущих пластин повышенной работоспособности, позволяющие снизить температуру в зоне резания и тем самым повысить их стойкость.

Методы исследования, достоверность и обоснованность результатов.

Теоретические исследования проводились на основе численного метода конечных элементов (МКЭ), программирования и компьютерного моделирования с использованием современных средств вычислительной техники. Экспериментальные исследования выполнялись в лабораторных условиях и включали в себя определение предела прочности при изгибе, изготовление двухслойных твердосплавных пластин и их испытания в соответствии с техническими условиями для твердых сплавов, разработку технологии изготовления композиционных режущих пластин, а также проведение сравнительных испытаний по определению теплового поля при резании и стойкости. Достоверность результатов диссертационной работы подтверждается результатами и воспроизводимостью экспериментальных исследований, их сходимостью с аналогичными данными других авторов, производственными испытаниями и апробацией полученных результатов.

Личный вклад автора состоит в постановке задач диссертации, проведении экспериментальных и теоретических исследований и в обработке полученных результатов, формулировке выводов и положений, выносимых на защиту, подготовке публикаций по данной теме.

Положения, выносимые на защиту:

1. Закономерности влияния на прочность составного режущего инструмента формы вставки из инструментального материала, свойств материалов вставки и основы пластины, а также технологии его изготовления.

2. Методика расчета прочности сцепления вставки и основы СМП, позволяющую выбрать наиболее эффективную форму вставки и оптимальное сочетание материалов.

3. Разработанные принципы оптимального сочетания материалов в слоистых композитах, обеспечивающие повышение их прочности на границах раздела

4. Модели современных составных СМП, позволяющие повысить работоспособность сборных инструментов, армированных инструментальными •вставками.

Реализация результатов работы.

На одну из разработанных конструкций композиционной режущей пластины получен патент на полезную модель (№ 73252). Результаты работы внедрены на металлообрабатывающих предприятиях ООО «Дорметпром» (г. Юрга), ООО «Бико» (г. Юрга), ООО «Юргинский машзавод» (г. Юрга).

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены и обсуждены на трех международных конференциях студентов, аспирантов, и молодых ученых «Современные техника и технологии» -г. Томск (2002, 2003, 2005 гг.); на двух международных научно-технических конференциях «Современные проблемы в машиностроении» - г. Томск (2004, 2008 гг.); на пяти научных конференциях ЮТИ ТПУ в г. Юрга (2001, 2004, 2006 - 2008 гг.); на всероссийской научно-практической конференции «Ресурсосберегающие технологии в машиностроении» - г. Бийск (2003 г.); на Всероссийской конференции инновационных проектов аспирантов и студентов «Индустрия наносистем и материалы» - г. Москва (2005 г.); на двух международных научно-технических конференциях "Новые материалы, нераз-рушающий контроль и наукоемкие технологии в машиностроении" - г. Тюмень (2005, 2008 гг.); на международной научно-технической конференции «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании» - г. Одесса (2006 г.); на четырех всероссийских научно-практических конференциях «Проблемы повышения эффективности металлообработки в промышленности на современном этапе» - г. Новосибирск (2006 - 2009 гг.); на межотраслевой научно-технической конференции «Автоматизация и прогрессивные технологии» - г. Новоуральск (2008 г.); на международной конференции «Композиционные материалы в промышленности» - г. Ялта (2008 г.); на всероссийской научно-технической конференции «Механики - XXI веку» г. Братск (2008 г.); на Международной конференции по физической мезомеханике, компьютерному конструированию и разработке новых материалов - г. Томск (2009 г.); на расширенных заседаниях кафедр «Технология автоматизированного машиностроительного производства» ТПУ, «Технология машиностроения» ЮТИ ТПУ, «Металлорежущие станки и инструменты» КузГТУ (2009 г.), «Станки и инструменты» ТюмГНГУ (2010 г.).

Исследования проводились при содействии гранта для поддержки научно-исследовательской работы аспирантов высших учебных заведений Министерства образования № А04-3.18-430" (2004 г.); программы «СТАРТ», проводимой Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (2007 г.); гранта на проведение молодыми учеными научных исследований в ведущих научно-педагогических коллективах Томского политехнического университета (2009 г.).

Данная работа стала победителем всероссийского конкурса инновационных проектов аспирантов и студентов по приоритетному направлению ФЦНТП «Индустрия наносистем и материалы» - г. Москва (2005 г.); Лауреатом Открытого конкурса Санкт-Петербургского государственного политехнического университета «Инновация 2006» - г. Санкт - Петербург (2006 г.); Лауреатом Окружного этапа Всероссийского молодежного инновационного конвента по Сибирскому федеральному округу в номинации «Лучший инновационный проект» - г. Новосибирск (2009 г.).

Публикации. По содержанию работы и основным результатам исследований опубликовано 28 печатных работ, в том числе три патента на полезные модели и одна статья в издании, входящем в перечень ВАК.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Основное содержание работы изложено на 172 страницах и содержит 138 рисунков, 12 таблиц и список литературы, состоящий из 139 источников.

5.6. Выводы по главе 5

1. Подобрана оптимальная композиция материалов для использования в качестве основы составной режущей пластины.

2. Разработана технология изготовления составной режущей пластины улучшенной работоспособности основанная на методах порошковой металлургии.

3. Проведенные сравнительные эксперименты показали, что температура при резании разработанными составными режущими пластинами ниже на 18% по сравнению с температурой при резании однородными режущими пластинами.

4. Проведенные сравнительные эксперименты показали, что стойкость при резании разработанными составными режущими пластинами выше на 13,3% по сравнению со стойкостью при резании однородными режущими пластинами.

5. Проведенные расчеты по определению себестоимости изготовления разработанных составных режущих пластин с улучшенной работоспособностью показали, что себестоимость изготовления составит 60% от себестоимости изготовления однородных режущих пластин.

6. Спроектировано приспособление для изготовления двухслойных платин, на которое получен патент на полезную модель №47788.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Одной из причин снижения прочности составных СМП при прочих равных условиях является неоптимальная форма вставки из инструментального материала.

2. Путем рационального сочетания материалов основы и вставки СМП, можно исключить возникновение термических межслойных трещин в инструментальных композитах.

3. Предложенная методика проектирования составного режущего инструмента с формой вставки из разнообразных инструментальных материалов, позволяет снизить напряжения растяжения в режущем инструменте в процессе резания.

4. Разработанные конструкции композиционных составных режущих пластин обеспечивают повышение прочности закрепления вставки из инструментального материала в основе пластины.

5. Экспериментальные исследования эксплуатационных свойств составных композиционных сменных пластин разработанной конструкции показали, что стойкость предлагаемых пластин на 13% выше, а температура на 18% ниже, по сравнению со стандартными цельными твердосплавными пластинами. Этот эффект объясняется лучшими условиями теплоотвода в предложенных составных СМП.

6. Разработанные конструкции композиционных составных СМП позволяют сократить использование дорогостоящего инструментального материала до 80% по сравнению с цельными СМП. Себестоимость изготовления разработанных составных режущих пластин с улучшенной работоспособностью составит 60% от себестоимости изготовления однородных режущих пластин.

7. На разработанную конструкцию режущей пластины получен патент на полезную модель № 73252, на предложенные конструкции устройств для изготовления режущих пластин получены патенты на полезные модели №№ 46695,47788.

8. Результаты диссертационной работы внедрены на ООО «Дормет-пром», ООО «Бико», ООО «Юргинский машзавод» (г. Юрга).

1. Акименко В.Б., Буланов В .Я., Рукин В.В., Мичкова Е.С., Заворохин J1.H. Железные порошки. Технология, состав, структура, свойства, экономика. М.: Наука, 1982. 263 с.

2. Андреев В.Н. Совершенствование режущего инструмента. М.: Машиностроение, 1993. - 240 с.

3. Артамонов Е.В. Повышение работоспособности инструментов на основе исследования напряженно-деформированного состояния и прочности сменных твердосплавных пластин: Дис. докт. техн. наук: 05.03.01, 01.02.06. Тюмень 2003. - 349 с.

4. Артамонов Е.В. Прочность и работоспособность сменных твердосплавных пластин сборных режущих инструментов. Тюмень: ТюмГНГУ, 2003.- 192 с.

5. Артамонов Е.В., Ефимович И.А., Смолин Н.И., Утешев М.Х. Напряженно-деформированное состояние и прочность режущих элементов инструментов / Под ред. М.Х. Утешева. М.: ООО «Недра: Бизнесцентр», 2001. - 199 е.: ил.

6. Артамонов Е.В., Помигалова Т.Е., Утешев М.Х. Исследование напряжений, деформаций и прочности сменных режущих пластин методом конечных элементов / Под общей ред. М.Х. Утешева. Тюмень: ТюмГНГУ, 2002. - 147 с.

7. Артамонов Е.В., Чуйков P.C., Шрайнер В.А. Повышение работоспособности сменных твердосплавных пластин сборных режущих инструментов. / Под общей ред. М.Х. Утешева. Тюмень: «Вектор Бук», 2007.- 168 с.

8. А. с. 1538467, МПК 5 1538467. Способ получения режущего инструмента/ A.A. Семерчан, Ю.С. Коняев, С.Г. Нуждина и др. № 4292811/33; Заяв. 03.08.1987, Опубл. 15.03.1994, AI.

9. А. с. 2083714, МПК 6 С22С29/16, В24ДЗ/06. Сверхтвердый композиционный материал/ А.И. Капустин, С.Г. Нуждина, A.B. Громов, Ю.А. По-гонялин- №93048839/02; Заяв. 25.10.1993, Опубл. 07.10.1997, С1.

10. А. с. 2118951, МПК 6 С04В35/5831, В24ДЗ/06. Способ получения сверхтвердых композиционных материалов/ A.M. Кеда, В.П. Михалев В.А. Салтыков, Г.А. Нуждин-№ 95113832/03; Заяв. 01.08.1995, Опубл. 20.09.1997, С1.

11. А. с. 2220852, МПК 7 В 32В15/08, В32В31/12, С23С28/00. Композиционный слоистый материал и способ его изготовления/ A.B. Анцупов, И.В. Ситников, М.В. Чукин, Ю.А. Щербо № 2001129235/02; Заяв. 30.10.2001, Опубл. 27.09.2003, AI.

12. А. с. 94036610, МПК 6 С04В35/5831, В24ДЗ/06. Способ получения изделий из сверхтвердых композиционных материалов/ A.M. Кеда, В.П. Михалев В.А. Салтыков, Г. А. Нуждин №94036610/33; Заяв. 30.09.1994, Опубл. 27.03.1997, AI.

13. А. с. 94043979, МПК 6 С04В35/5831. Способ получения изделий из сверхтвердых композиционных материалов / М.М. Белиев, A.M. Кеда, В.А. Салтыков, В.П. Михалев, Г.А. Нуждин № 94043979/03; Заяв. 12.15.1994, Опубл. 10.07.1998, С1.

14. Батев A.A. Батаев В.А. Композиционные материалы: строение, получение, применение: Учебник. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 202. - 384 с.

15. Бобрович И. М. Компьютерное моделирование токарных резцов с равнопрочными многогранными пластинами: Дис. канд. техн. наук: 05.03.01. Томск, 1998. - 172 с

16. Бурочкин Ю.П. Новые методы восстановления сменных многогранных пластин // Справочник. Инженерный журнал. 2005, №3. - С. 15-17.

17. Верещака А. С. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями. -М.: Машиностроение, 1993.-336 с.

18. ГОСТ 3882 74 Сплавы твердые спеченные. Марки. - Введ. 01.01.76. -М.: Изд-во стандартов, 1998. — 8 с. (Гос. Комитет СССР по стандартам)

19. ГОСТ 4872 75 Изделия для режущего инструмента из твердых спеченных сплавов. Технические условия. — Введ. 01.01.76. - М.: Изд-во стандартов, 1998. - 6 с. (Гос. Комитет СССР по стандартам)

20. ГОСТ 6709 72 Вода дистиллированная. Технические условия. - Введ. 01.01.76. - М.: Стандартинформ, 2007. — 10 с. (Межгосударственный стандарт)

21. ГОСТ 9013 59 Металлы. Метод измерения твердости по Роквеллу. -Введ. 01.01.76. - Введ. 01.01.69. - М.: Изд-во стандартов, 1991. - 11 с. (Гос. Комитет СССР по стандартам)

22. ГОСТ 9391 80 Сплавы твердые спеченные. Методы определения пористости и микроструктуры. - Введ. 01.01.83. - М.: Изд-во стандартов, 1985. — 30 с. (Гос. Комитет СССР по стандартам)

23. ГОСТ 18884 73 Резцы токарные отрезные с пластинами из твердого сплава. Конструкция и размеры. - Введ. 01.01.74. - М.: Изд-во стандартов, 1980. - 6 с. (Гос. Комитет СССР по стандартам)

24. ГОСТ 20017 — 74 Сплавы твердые спеченные. Метод определения твердости по Роквеллу. Введ. 01.01.76. - М.: Изд-во стандартов, 1975. - 42 с. (Гос. Комитет СССР по стандартам)

25. ГОСТ 20018 — 74 Сплавы твердые спеченные. Метод определения плотности. -Введ. 01.01.76. -М.: Изд-во стандартов, 1991. 10 с. (Гос. Комитет СССР по стандартам)

26. ГОСТ 20019 74 Сплавы твердые спеченные. Метод определения предела прочности при поперечном изгибе. - Введ. 01.01.76. - М.: Изд-во стандартов, 1990. - 10 с. (Гос. Комитет СССР по стандартам)

27. Грановский Г.И., Грановский В.Г. Резание металлов. М.: Машиностроение, 1985. - 304 с.

28. Гуревич Ю.Г. Инструмент из булатной стали // Технология машиностроения. 2007, №12. - С. 35-37.

29. Гурин М.Ф., Гурин В.Ф. Перспективные инструментальные материалы. М.: Машиностроение, 1980. - 62 с.

30. Деренговский А.Г. Результаты расчета напряжений в вершине острой режущей кромки // Упрочняющие технологии и покрытия. 2006, №12. -С. 54-56.

31. Дмитриев A.M., Воронцов A.JI. Надежность метода конечных элементов // Справочник. Инженерный журнал. — 2004, №6. С. 13-22.

32. Дуреев В.В. Композиционная режущая пластина для свободного резания // Сборник тезисов докладов: VII Конференция молодых ученых «КоМУ-2008» Ижевск: ФТИ УрО РАН, УдГУ, ИжГТУ, 2008 - 94 с. С. 24-25

33. Дуреев В.В. Отработка технологии изготовления подложки композиционной металлорежущей пластины // Современные проблемы машиностроения. Труды IV Международной научно-технической конференции. Томск: Издательство ТПУ, 2008 - 666 с. С. 202 - 207

34. Дуреев В.В. Проектирование форм вставок в композиционном твердосплавном инструменте // Автоматизация и прогрессивные технологии: Труды V межотраслевой научно-технической конференции, том. I. — Новоуральск: Изд-во НГТИ, 2007. -217с. С. 159-160

35. Дуреев В.В. Режущая пластина со вставкой // Инновационные технологии и экономика в машиностроении: труды VI Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. Томск: Издательство ТПУ, 2008. - 479 с. С. 96 - 98

36. Дуреев В.В. Твердосплавный металлорежущий инструмент // Материалы 4-ой Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы повышения эффективности металлообработки в промышленности на современном этапе». Новосибирск: Изд. НГТУ, 2006 - С. 72-77.

37. Дуреев В.В., Овечкин Б.Б., Мельников А.Г. Проектирование и изготовление композиционного металлорежущего инструмента для свободного резания // Известия Томского политехнического университета. — 2008. Т. 313. №2.-С. 48-52

38. Дуреев В.В., Ретюнский О.Ю. Построение трехмерных твердотельных моделей композиционных СМП // Труды XIV научно-практической конференции, посвященной 300-летию инженерного образования России. Филиал ТПУ, Юрга: Изд. ТПУ, 2001. - С. 79-80

39. Злобин Г.П. Формование изделий из порошков твердых сплавов. М., «Металлургия», 1980. 224 с.

40. Зорев H.H. Вопросы механики процесса резания металлов. М.: Машгиз, 1956.-368 с.

41. Зырянов Е. В., Шарин Ю. С. Трехслойные режущие пластины// Станки и инструмент. 1986, №4. - С. 16-17.

42. Кабалдин Ю. Г. Принципы конструирования композиционных и инструментальных материалов с повышенной работоспособностью. Владивосток.: Изд. ин-та машиновед, и металлургии, 1990. - 58 с.

43. Люльков A.B., Гриценко В.В., Чан Мань Тунг, Люльков В.Г. Исследование поровой структуры и свойств упрочненной матрицы композиционных материалов на основе железных порошков // Упрочняющие технологии и покрытия. 2008, №7. - С. 34-38.

44. Маслов А.Р. Инструментальные материалы на ЕМО-2007// Инструменты, Технология, Оборудование. 2008, №11. — С. 11-23.

45. Металлорежущий инструмент Sandvik Coromant: Основной каталог 2007. AB Sandvik Coromant, 2006. - 1057 с.

46. Михеев A.A., Гордеев Ю.И., Зеер Г.М., Шаулина Ю.П., Лавренов С.А. Повышение прочности соединения слоистого твердосплавного инструмента // Технология машиностроения. 2005, №3. - С. 18-22.

47. Моховиков A.A. Повышение работоспособности отрезных и канавочных резцов за счет равнопрочной формы передней поверхности. Дисс. канд. техн. наук: 05.03.01. Томск, 2004. - 165 с.

48. Некрасов Н.Ю., Путилова У.С. Прочность, надежность и эксплуатационный ресурс режущего инструмента: Учебное пособие / Под ред. М.Х. Утешева. Тюмень: ТюмГНГУ, 2007. - 132 с.

49. Нуждин Г.А. Структура сверхтвердых композитов// Справочник. Инженерный журнал. 2001, №4. - С. 9-10.

50. Оптимальное проектирование рабочей части режущих инструментов / Петрушин С.И. Томск, Изд-во Томского политехнического университета. - 2008. - 195 с.

51. Петрушин С. И. Оптимизация формы режущего клина лезвийных инструментов// Вестник машиностроения. 1995, №2. - С. 25-28.

52. Петрушин С.И. Теоретические основы оптимизации режущей части лезвийных инструментов. Дисс.докт.техн.наук: 05.03.01. Защищена 1.07.98: Утв.20.11.98 - Юрга.: 1998.-362 с.

53. Петрушин С. И. Термоупругость режущего клина, нагруженного силой резания и точечным тепловым источником// Сб. трудов X й научной конференции Филиала ТПУ в г. Юрге. - Юрга, Изд-во ТПУ, 1997. — С. 55-57.

54. Петрушин С. И., Бобрович И. М., Корчуганова М. А. Оптимальное проектирование формы режущей части лезвийных инструментов: Учебное пособие. Томск: Изд. ТПУ, 1999. - 91 с.

55. Петрушин С.И., Даниленко Б.Д., Ретюнский О.Ю. Оптимизация свойств материала в композиционной режущей части лезвийных инструментов: Учебное пособие. Томск: Изд. ТПУ, 1999. - 99 с.

56. Порошковая металлургия и напыленные покрытия. Учебник для вузов. В.Н. Анцифиров, Г.В. Бобров, Л.К. Дружинин и др. М.: Металлургия, 1987.-792с.

57. Порошковая металлургия. Материалы, технология, свойства, области применения: Справочник / И.М. Федорченко, И.Н. Францевич и др.; Отв. ред. И.М. Федорченко. Киев: Наук, думка, 1985. - 624 с.

58. Процессы порошковой металлургии. В 2-х т. Т.2. Формование и спекание: Учебник для вузов / Либенсон Г.А., Лопатин В.Ю., Комарницкий Г.В. М.: «МИСИС», 2002. - 320 с.

59. Прочность и износостойкость режущего инструмента. М.: Машиностроение, 1982. - 320 с.

60. Прочность и долговечность твердых сплавов / Лошак М.Г. Киев: Наук. Думка, 1984.-328 с.

61. Прочность тугоплавких соединений и материалов на их основе. Справочник. /Р. А. Андриевский, И. И. Спивак. Челябинск.: Металлургия, 1989.- 368 с.

62. Ресурсосберегающие технологии изготовления и эксплуатации сборных режущих инструментов на основе создания вторичного цикла работоспособности/ А.А. Рауба. Омский гос. ун-т путей сообщения. -Омск, 2001. 148 с.

63. Ретюнский О.Ю. Исследование прочностных и режущих свойств резцов с композиционными сменными многогранными пластинами. Дисс. канд. техн. наук: 05.03.01. Защищена 17.05.2000. - Томск.: 2000.- 160 с.

64. Слоистые металлические композиции. Учебн. пособие. Потапов И.Н., Лебедев В.Н., Кобелев А.Г., Кузнецов Е.В., Быков А.А., Ключников P.M. М.: Металлургия, 1986. - 216 с.

65. Составной режущий инструмент / К.П. Имшенник, Ю.В. Коротков, И.Н. Иванов, Н.И. Фомичев; Под общ. ред. К.П. Имшенника. М.: Машиностроение, 1995. -208 с.

66. Справочник инструментальщика / И.А. Ординарцев и др. Л.: Машиностроение, 1987. - С. 846.

67. Структура и свойства композиционных материалов / К.И.Портной, С.Е.Салибеков, И.Л.Светлов, В.М.Чубаров, М.: Машиностроение, 1979.-255 с.

68. Твердые сплавы. Сборник трудов №10. Ответственный редактор Кол-чин О.П. (ВНИИТС). М.: Изд-во Металлургия. 1970. 216 с.

69. Технология и свойства спеченных твердых спавов и изделий из них. Учебное пособие для вузов / Панов B.C., Чувилин A.M. М.: «МИСИС», 2001.-428 с.

70. Троицкий В. А., Петухов Л. В. Оптимизация формы упругих тел. М.: Наука, 1982.-432 с.

71. Утешев М.Х. Разработка научных основ расчета прочности режущей части инструмента по контактным напряжениям с целью повышенияего работоспособности: Дис. докт. техн. наук: 05.03.01., 01.02.06. -Томск, 1995.-663 с.

72. Ушаков Б. Н., Фролов И. П. Напряжения в композиционных конструкциях. М.: Машиностроение, 1979. - 134 с.

73. Федорченко И.М., Францевич И.Н., Радомысельский И.Д. и др. Порошковая металлургия. Материалы, технология, свойства, области применения: Справочник. Киев: Наук, думка, 1985. С. 263-328.

74. Федотьев H.A., Саленко А.Ф., Федотьев А.Н. Отечественный твердосплавный инструмент: сырьевая проблема и пути ее преодоления //Оборудование и инструменты. 2005, №2. — С. 6-12.

75. Холодииков Ю.В. Перспективы развития в России производства композиционных материалов и изделий из них // Вестник машиностроения. -2009, №8.-С. 80-83.

76. Чернявский А.О. Метод конечных элементов. Основы практического применения // Приложение. Справочник. Инженерный журнал. 2003, №10.-С. 2-23.

77. Шелковой А. Н. Оптимизация режущего клина методом теории подобия// Вестник Харьковского полит, института. 1984, №208. - С. 61-62.

78. Яхнин М. Н Новое в металлообработке // Тяжелое машиностроение. -1992, № 12.-С. 27-30.

79. An answer to high speed cutting Sumitomo Electric Carbide, Booth E-2041. // Mod. Mach. Shop. - 2000. 73, № 3. - P. 354-356.

80. Brazed-tip carbide inserts. // Cutt. Tool Eng. 2000. 52, № 9. - P. 66.

81. For high speed cutting. // Tool, and Prod. 2000. 66, № 5. - P. 104.

82. HaupKatalog 2001: Katalog. Kennametal: Kennametal Hertel AG, 2001. -818 p.

83. International Application No.: PCT/JP2009/052948, International Filing Date: 20.02.2009, IPC: B23B27/20, B23B27/00, B23B27/14. Cutting tool / Applicants: Aisian AW CO., LTD. JP/JP.; Motomura, Jiro [JP/JP]. Inventor: Motomura, Jiro; (JP).

84. International Application No.: PCT/US2003/017481, International Filing Date: 04.06.2003, IPC: B23B27/00, B23B27/14. Cutting tool / Applicants: Kennametal Inc. US/US. Inventor: Oles, Edward, J.; (US). Belsheim, Stephen, T.; (US).

85. Iscar: Общий каталог. Iscar LTD., 2005. - 1165 c.

86. J&M Flip Tip disposable CBN negative rake inserts have 2 cutting edges // Amer. Mach.- 1997. 141, №3.-P. 61.

87. Kennametal Токарный инструмент: Каталог. Kennametal: Kennametal GmbH & Co. KG, 2007. - 536 c.

88. Mitsubishi News 2008: Catalog. Mitsubishi: Mitsubishi Materials Corporation, 2008. - 326 P.

89. Pat. 6,042,463 U.S., Int. B23F21/03. Polycrystalline diamond compact cutter with reduced failure during brazing: General Electric Co., Johnson David M., Klug Frederic J. Assignee: General Electric Co. (US); Nov 20,1997; Mar. 28,2000.

90. Pat. 6,071,464 U.S., Int. B24B1/00. Process for modifying surfaces of hard materials and cutting tools: Honda Giken K., Funaki Mitsuhiro, Kuwabara Mitsuo, Hiraga Kazuhito, Ohishi Tetsuya. Assignee: Honda Co. (JP); Feb. 10,1998; Jun. 06,2000.

91. PCBN // Cutt. Tool Eng. 1997. 49, № 6. - P. 22.

92. PCD inserts. // Cutt. Tool Eng. 2001. 53, №1. - P. 32.

93. Product for turning and milling in non-ferrous environment // Mod. Mach. Shop. 1999. 72, № 5. - P. 283-240.

94. Research-based products to increase productivity Sandvik Coromant Co., Booth E-2604. // Mod. Mach. Shop. - 2000. 73, № 3. - P. 344-346.

95. Rough diamonds / Jones Nigel // Mach. and Prod. Eng. 2000. 158, №4002. -P. 47-50.

96. Schnittgeschwin-digkeitserhohung mit der neuen GC4015 Ultraspeed. // Werk und Techn. 2000. 25, № 5. - P. 21

97. ИНН 7017193699, КПП 701701001e-mail: biko07@list ru

98. Обособленное подразделение в г. Юpre652050, Кемеровская обл., г. Юрга, ул. Шоссейная, д.40-у.

99. УТВЕРЖДАЮ: Директор ООСЬ«£ико»1. Л.115» октября 200

100. АКТ ВНЕДРЕНИЯ результатов диссертационной работы

101. Зам. директора по производству1. C-i1. П. В. Граче«

102. Общество с ограниченной ответственностью «Дорметпром»йк \ 652050, Кемеровская, обл., р/с 40702810626060100488 в Юргинском ОСБ №5963а ^ЧГ \ г. Юрга, пр. Победи д. 45 Оф. 75 к/с 30101810500000000641, БИК 045004641

103. С ^ " тел./факс (384-51) 4-37-64 ИНН 4230017253. КПП 423001001

104. Дормезом Соттел- 8-905-067-06-64 е-та!Г: dormetprom@mail.ru

105. УТВЕРЖДАЮ: Генеральный диря 2009еРЛЦИ„,11. АКТ

106. ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ИСПЫТАНИИ И ВНЕДРЕНИЯ

107. Суммарный экономический эффект от внедрения в производство составных сменных режущих пластин составил 384 594 рубля.

108. Исполни! ельпмй директор Главный инженер Мастер цеха

109. На основании полученных фактов сделан вывод, что применение разработанной Дуреевым В.В. методики проектирования составного режущего инструмента позволит снизить затраты на инструментальное оснащение производства.1. А.К. КозловшттШтжж фвдирдщшш