автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Разработка и исследование инструментов с композиционными покрытиями, предназначенных для комплексной автоматизации

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Повышение производительности и экономичности процесса механообработки путем применения современных инструментальных материалов.

1.2. Комплексная автоматизация и уровень эксплуатации режущего инструмента.

1.3. Цели и задачи исследования.

Выводы.

2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ ФРИКЦИОННЫХ, АДГЕЗИОННЫХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ ПРИ РЕЗАНИИ В МОДЕЛИРУЮЩИХ' ' УСЛОВИЯХ.

2.1. Методика исследования фрикционных, адгезионных свойотв инструментальных и обрабатываемых материалов.

2.2. Установка для исследования фрикционных и адгезионных свойств материалов цри резании в модулирующих условиях.

3. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЯ АДГЕЗИОННЫХ, РЕЖУЩИХ СВОЙСТВ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ДНЯ ОБРАБОТКИ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ, ЖАРОПРОЧНЫХ И ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ В УСЛОВИЯХ КОМПЛЕКСНОЙ АВТОМАТИЗАЦИИ

3.1. Адгезия, трение и износ.

3.2. Конфигурационная локализация электронрв в твердом теле. Влияние электронного строения, металлов и их соединений на адгезию.

3.3. Некоторые свойства переходных металлов и их соединений.

3.4. Качественная оценка склонности к адгезии инструментальных и обрабатываемых материалов.

3.5. Разработка инструментальных композиционных материалов для обработки резанием конструкционных сталей, жаропрочных и титановых сплавов в условиях комплексной автоматизации.,

3.6. Отработка химсостава, параметров, строения и исследование фрикционных и адгезионных свойств композиционных материалов при трении в паре с конструкционными сталями, жаропрочными и титановыми сплавами в моделированных условиях.

3.7. Влияние температуры на фрикционные свойства инструментальных материалов ВК6, ВКб + композиционные покрытия в паре с конструкционной сталью (сталь 45), жародр очным и титановым сплавами (ЭИ437Б, ВТ-20).

3.8. Влияние температуры на силы адгезии инструментальных материалов ВК6, BKß + композиционные П01фытия в паре с конструкционной сталью (сталь 45), жаропрочным и титановым сплавами (ЭИ437, ВТ-20).

3.9. Влияние температуры на частоту колебания силы трения.

3.10.Исследование фрикционных свойств инструментальных материалов BKS и ВК6 с композиционными по1фытиями при трении в паре с конструкционными сталями (сталь 45), жаропрочным и титановым сплавами при различных нормальных нагрузках.

3.11.Исследование адгезионных свойств инструментальных материалов ВКб, БК6 с композиционными покрытиями в паре с конструкционными сталями (оталь 45), жаропрочным и титановым сплавами при различных нормальных нагрузках.

3.12. Исследование режущих свойств инструментов с композиционными покрытиями для обработки конструкционных сталей (сталь 45), жаропрочных и титановых сплавов (ЭИ437Б, ВТ-20).

Выводы.

4. ВЛИЯНИЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ПОВЫШЕНИЕ ПР0ИЗВ0ДЙТЕЛШ0СТИ, ЭКОНОМИЧНОСТЬ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИНСТРУМЕНТОВ В УСЛОВИЯХ КОМПЛЕКСНОЙ АВТОМАТИЗАЦИИ.

4.1. Метод расчета максимальной производительности и эффективности с учетом функции надежности режущего инструмента в условиях комплексной автоматизации механической обработки.

4.2. Метод расчета минимальных затрат и эффективность применения режущих инструментов с учетом функции надежности инструментов в условиях комплексной автоматизации мехобработки.

4.3. Поиск экстремума функции цроизводительности методом координатного спуска.

4.4. Расчет производительности металлообработки при наличии технологических ограничений.

4.5. Расчет цроизводительности металлообработки в случае нестепенной зависимости между скоростью резания и стойкостью.

4.6. Программа расчета максимальной производительности и оптимального периода црофилактичеокой сменности. инструмента.

4.7. Елок схема расчета на ЭВМ максимальной цроизводительности и оптимального дери ода профилактической сменности инструмента.

4.8. Повышение производительности автоматизированных станков с ЧТО" за счет применения режущих инструментов с композиционными покрытиями.

4.9. Расчет сравнительной и определение минимальной себестоимости механической обработки инструментами из твердого сплава Т5КЕО и Т5К10 в сочетании с различными вариантами покрытий проводились на примере механической обработки валиков из стали 45.

4.10.Влияние композиционных материалов режущих инструментов на повышение цроизводительности, экономичность и эффективность механической обработки в условиях комплексной автоматизации.

Выводы.

В работе рассматривается два аспекта производительности и экономичность механической обработки в автоматизированном производстве.

Первый из них связан с совершенствованием инструментальных материалов режущих инструментов. Композиционным материалом режущих инструментов называется качественно новый материал, образующийся в результате нанесения износостойкого покрытия из различных переходных металлов и их соединений.

Второй аспект связан о оцределением рациональной области применения режущих инструментов и повышением уровня эксплуатации инструмента.

Комплексная автоматизация рассматривается как автоматизация многооперационных технологических цроцессов и создание систем машин, выходящих за рамки отдельных процессов.

Во время выполнения работы мне посчастливилось работать с опытными, способными, высококвалифицированными и близкими мне по духу людьми. Выражаю глубокую благодарность проф., д.т.н. Третьякову И.П. за руководство и общее научное направление. В разработку полезных идей,постоянное внимание и заботу во время их осуществления особый вклад внесли доц. Верещака A.C., д.т.н. Гордиенко Б.И. ОДцеи формировались также под влиянием работ доц. Жилина В.А.

За поддержку, содействие хотелось бы отдать должное ст. Афанасьеву В.Ф., ст. Березина O.K., доц. Власов В.И., с.н.с. Волину Э.М., инж. Турину В.Д., асп. Кузину В.В., к.т.н. Кудряшову Б.П., ст. Окунь O.A., доц. Синопальникову В.А., инж. Севастьянову В,Ф., асп. Турсунову С.Н., ст.маст. Черному H.H. Без их сотрудничесва работа не была бы выполнена во время.

I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Общие выводы

1. Покзано, что традиционные методы совершенствования инструментальных материалов путем легирования, а также нанесение монослойных покрытий не обеспечивают комплекс свойств для инструментов, используемых в условиях автоматизированного производства.

2. Предложена модель с использованием теории конфигурационной локализации электронов в твердом теле, которая позволила качественно оценить выбранные составы покрытий для режущих инструментов и разработать на их основе новые композиционные покрытия для твердосплавных пластин широкой области использования.

3. Проведенные экспериментальные исследования фрикционных адгезионных и режущих свойств твердосплавных пластин с различными вариантами композиционных покрытий позволили выявить наиболее эффективные и уточнить их составы для широкой гаммы конструкционных материалов*

4* Композиционные материалы имеют более высокую сопротивляемость к адгезии и меньшее силы трения в диапазоне изменения температуры от 20 до 600°С при постоянной нормальной нагрузке, как и при постоянной температуре и изменении нормальной нагрузки от 2000 до 5000 Н с обрабатываемыми материалами: сталь 45,

ЭИ437Б и ВТ20.

5. Модель конфигурационной локализации электронов позволила дать оценку преимуществ композиционных покрытий по оравнению о монослойными, показать преимущества композиционных покрытий в условиях адгезионного и диффузионного износа за счет повышения как жесткости кристаллической решетки (обеспечивается наличием достаточного количества СВАСКов ьр ), так и ее упругости (обеспечивается необходимым количеством СБАСК

6. Установлено, что наибольшее повышение стойости при обработке конструкционных сталей обеспечивают покрытия(Т~{

V для титановых сплавов для хромоникеле-вых сплавов (Тс- Ся)/У , (/\fb-Zn)/V и И/А/ .

7. Предложена математическая модель функциональной связи между производительностью, себестоимостью с учетом статистического разброса стойкости инструментов с покрытиями в условиях комплексной автоматизации, на базе которой разработана программа для расчетов оптимальной скорости резания на ЭВМ ЕС 1050 для многоинструментальной обработки.

8. Оптимизационная модель и расчеты на ЭВМ позволили определить оптимальные условиях эксплуатации твердосплавных пластин с монослойными и композиционными покрытиями в многооперационных процессах применительно к станкам с ЧПУ при обработке деталей типа "теловвращения" и "корпусных деталей".

1. Андреев В.Н. Инструментальные материалы и их црименение. Обзор.-М. :НИИМАШД983-64с.

2. Андреев В.Н. Условия эффективного црименения инструмента с износостойкими покрытиями. Перспективы развития режущего инструмента и повышение эффективности его -применения в машиностроении.-М. :ЦПИТ0 МП,1978-с.40-47.

3. Антонова К.Н. Строение атома и периодический закон Д.И.Менделеева .-Кемерово,1974-59о.

4. Ахматов A.C. Молекулярная физика граничного трения.-М.;Физ-матгиз,1963-472с.

5. Баженова Л.Н. Конфигурационная локализация электронов в твердом теле. Природа микротвердости нитридов переходных металлов. Киев: Наукова думка, 1975-с. 220-223.

6. Балацкий В.В. Современные инструментальные материалы.-Харьков, ХАИД982-77С.

7. Белов A.B. Современные проблемы разработки и использования станочного инструмента. Прогрессивный инструмент и его эффективное использование на металлорежущих станках.-Ленин-град, ЛДНТП Д983-с. 5-9.

8. Богородский Е.С., Крутлов В.В. Основные направления применения лезвийного инструмента из поликристаллов кубического нитрида бора. Сборник трудов.-М.:ВНИИ,1978-с.31 -37.

9. Волков В.П. Основные нацравления развития режущего инструмента в XI пятилетке.- Таллин :ЭСТНИИНТИД981-с. 5-8.

10. Борзов A.A., Синельишков А.К., Суворов A.A., Машурин В.Д. Электроадгезионный механизм действия газовых технологических сред при обработке лезвийным инструментом. Сборник трудов.-М. :ВНИИНД978-с.173-176.

11. Брон Л.С. Автоматические линии и агрегатные станки для серийного, крпносерийного и массового производства. Обзор.-М.: НИИМАШ,1979-92с.

12. Брон Л.С., Земляной В.В. Переналаживаемые автоматические линии. Обзор. -М.:НИИШШ1,1982-32с.

13. Бобров В.Ф., Седельников А.И. Влияние укорочения передней поверхности инструмента на нарост и деформационно-силовые показатели процесса резания. Исследования в области инструментального, производства и обработки металлов резанием.-Тула,I979-С.72-80.

14. Боуден Ф.П., Тейбор Д. Трение и смазка твердых тел.-М.¡Машиностроение Д968 -541с.

15. Будровский К.С., Левитан В.Б., Бельский С.Е. Повышение долговечности режущего инструмента.-Минск,Беларусь,1981-34с.

16. Бурыкина А.Л., Самсонов Г.В. К вопросу о механизме адгезионного взаимодействия металлов и металлоподобных соединений.-М.:Машиноведение,№ 3,1970,Наука,с.98-101.

17. Буцевицкий В.А. Использование агрегатных станков в условиях группового производетва.-Л.:ЛДНТП,1983.-24с.

18. Верещака A.C. Исследование режущих свойств инструментальных материалов с по1фытием.-Перспективы развития режущего инструмента и повышение эффективности его применения в машиностроении. -М. :ЦПИТ0МП,1978-96с.

19. Верещака A.C. Автоматизация и комплексная механизация в машиностроении. -Л. :Труды ЛШ № 360,1978-е743-47.

20. Волчкевич П.И. Основы теории и расчета требований к эксплуатационной надежности станокв, механизмов и устройств в автоматических линиях машиностроения. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук.-М.:1972-39с.

21. Волчкевич П.И., Ковалев М.Н., Кузнецов М.М. Комплексная автоматизация производства.-М.:Машиностроение,1983-266с.

22. Воробьев В.Н. Новые инструментальные материалы и области их применения.-М.:ВСХИ30,1976-37с.

23. ВНИИМАШ Надежность в технике. Технологические системы. Методы расчета надежности автоматических станочных линий сблокированного исполнения. Рекомендации.-М.:1980-65с.

24. Высокопроизводительные инструментальные материалы и рациональные области их применения.-М. :ШИЭИНФОРМЭНЕН,ОМАШ,1977-22с.

25. Галлян Е.М. Исследование путей повышения эффективности работы автоматических линий со сложной структурой. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. -М. :1978-16с.

26. Гамов Е.П., Гостева Г.К., Иванов В.В. Новые инструментальные материалы и перспективы их црименения.-Перспективы развития режущего инструмента и повышение эффективности его црименения в машиностроении.-М.:ВДИГ0МП,1978-с.81

27. Гегузин Я.Е. Очерки о диффузии в кристаллах.-М.:Наука, 1970-179с.

28. Гордиенко Б.й. Качество инструмента и его производительность.-Изд.Ростовского университета,1974-580с.

29. Григорович В.К. Твердость и микротвердость металлов.-М.:Наука, 1976-229с.

30. Григорович В.К. Периодический закон Менделеева и электронное строение металлов.-М.:Наука,1966-286с.

31. Дашенко А.И., Белоусов А.П. Проектирование автоматических линий.-М.:Высшая школа,1983-327с.

32. Дзодзиев Г.Г., Кальков A.A., Дубровский P.A., Корзухина Э.Ф., Толконов В.Д. Безвольфрамовые твердые сплавы типа ТН с повышенными прочностными свойствами.-Таллин:ЭСТНИИНТИ,198114с.

33. Жедь ВП. Состояние и перспективы црименения новых инструментальных материалов.-М.:Машиностроение № 9,1981-21с.

34. Жедь В.П. Перспективы развития режущего инструмента и повышение эффективности его применения,- Перспективы развития режущего инструмента и повышение эффективности его применения в машиностроении.-М.:ЦПИГ0МП,1978-с.З-15.

35. Жедь В.П., Сосон А.И., Башков В.П. Новый подход к оптимизации режимов резания.-Перспективы развития режущего инструмента и повышение эффективности применения его в машиностроении.' М.:ЦПИГ0МП,1978-с.232-238.

36. Жилин В.А. Субатомный механизм износа режущего инструмента.-Ростов-на-Дону,изд.Р.У.,1973-165с.

37. Жилинский О.В., Капонец Э.Ф., Передкова Г.И., Тилигузов Г.В. Расчеты параметров станочных технологических систем.-М.¡Наука и техника,1980-96с.

38. Золотухин В.И., Волков Н.В., Клусов И.А. Применение устройств автоматической смены инструмента в автоматической линии роторной компоновки. Обзор.-М. :НИИМАШ,1980-56с. ,30илл.41,42,43,44,45,46