автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Разработка конструкции и технологии изготовления клеесборного алмазного инструмента с унифицированными режущими элементами, полученными методом электроимпульсного прессования

ВВЕДЕНИЕ 4 1. Методы изготовления и особенности применения алмазного инструмента в сфере промышленного производства.

1.1. Области применения алмазного инструмента в

7 машиностроительном производстве.

1.2. Основные методы изготовления алмазного инструмента ] ^

1.3. Особенности изготовления клеесборного инструмента. Постановка задачи исследования. ^ ^

2. Методические аспекты разработки технологии изготовления алмазного клеесборного инструмента.

2.1. Применение метода экспертных оценок для выбора оптимального способа изготовления алмазного инструмента.

2.2. Конструкционно-технологические вопросы изготовления и применения клеесборнго алмазного инструмента ^

2.3. Методика проведения экспериментальных исследований. Оборудование и измерительная аппаратура для проведения экспериментов.

3. Теоретический анализ технологии изготовления и эксплуатации клеесборного алмазного инструмента.

3.1. Физическая картина динамики алмазно-абразивной обработки материалов клеесборным инструментом

3.2. Математическое моделирование динамических процессов при эксплуатации клеесбоного инструмента.

3.3. Технология процесса формирования композиционных материалов методом электроимпульсного прессования. |

3.4. Расчет рациолнального расположения режущих элементов по диаметру отрезного диска. А

3.5. Анализ теплофизических процессов, возникающих в процессе работы клеесборных отрезных дисков

3.6. Основные уравнения и методика их решения для клееных соединений, применяемых при изготовлении режущего инструмента

4. Экспериментальные исследования работоспособности клеесборного алмазного инструмента

4.1. Технология электроимпульсного прессования алмазосодержащих режущих элементов

4.2. Экспериментальное исследование по определению износостойкости унифицированных алмазных элементов. ^ ^

4.3. Экспериментальный анализ динамических процессов при эксплуатации клеесборного инструмента.

5. Разработка рекомендаций рациональных конструкторско-технологических решений клеесборного алмазного инструмента

5.1. Рекомендации и результаты апробирования разработанного клеесборного алмазного инструмента.

5.2. Экономичесая эффективность применения алмазного ^^ инструмента

5.3. Перспективы применения и оснащения унифицированными режущими

В современном машиностроении проблемы повышения стойкости, надежности и эффективности использования режущего инструмента являются одними из важнейших.

Широкое применение на многих технологических операциях обработки деталей и материалов получил алмазный инструмент, который используется не только в специальном машиностроении, в частности в ракетно-космическом машиностроении, но и в других отраслях промышленности, например в строительстве и камнеобработке. Однако существующие методы изготовления алмазного инструмента имеют серьезные недостатки и ограничения, связанные как с нанесением алмазного слоя, так и с созданием корпусов инструмента, К основным недостаткам существующих методов следует отнести: возможность графнтизации алмаза, малую прочность и недостаточную адгезию алмаза и связки, высокую энергоемкость и большие временные затраты на технологический процесс получения инструмента. Предварительный анализ показал, что этих недостатков в значительной мере лишен метод электроимпульсного компактирований (прессования), однако применительно к получению алмазосодержащих композиций потенциальные возможности метода фактически не изучены. Применение клеевого соединения для крепления режущих элементов в инструменте имеет ряд положительных свойств, однако применительно к изготовлению алмазного инструмента эти преимущества практически не реализованы. Кроме того, не достаточно рассмотрены вопросы унификации режущих элементов, что также негативно влияет на технико-экономические характеристики этого вида инструмента.

Поэтому разработка нового алмазного инструмента и технологии его изготовления с более высокими потребительскими свойствами, за счет применения клееных соединений, унификации режущих элементов, полученных электроимпульсным прессованием, является актуальной задачей современной технологии механической обработки резанием.

Цель работы. Разработка конструкции и технологии изготовления клеесборного инструмента, оснащенного унифицированными режущими алмазосодержащими элементами, полученными методом электроимпульсного прессования.

Методы исследования.

Аналитические исследования проводились с использованием основных положений теории резания, физики твердого тела, сопротивления материалов теории колебаний пластин, элементов теории принятия управленческих решений (метода экспертных оценок), теории вероятностей и математической статистики.

Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и производственных условиях с использованием комплекта шумоизмерительной и акусто-эмиссионной аппаратуры, а также специальной установки для электроимпульсного прессования.

Научная новизна работы.

-Теоретически получена и экспериментально проверена зависимость изменения режущей способности предложенного клеесборного алмазного инструмента (КАИ) с унифицированными режущими элементами (УРЭ) от основных геометрических параметров: диаметра диска, диаметра УРЭ, количества^ и - расположения УЕЭВыведеншэйиЬмииент . эАЛективнпсти расположения УРЭподиаметру отрезногодиска.

-На основе термосиловых расчетов условий эксплуатации КАИ с УРЭ доказана работоспособность клеевого соединения и экспериментально определена рациональная марка применяемого клея, обеспечивающего максимальную вероятность безотказной работы клеевого соединения.

-Теоретически, на основе рассмотренной динамической модели работы КАИ, показана и экспериментально подтверждена более высокая виброустойчивость КАИ по сравнению с традиционным отрезным инструментом.

Практическая ценность работы, В результате комплекса проведенных экспериментальных, расчетных и аналитических исследований по применению, изготовлению и оснащению КАИ, были сделаны выводы о его высокой технологичности, надежности, эргономичности и экологичностн использования при обработке различных конструкционных материалов. Были рассмотрены также вопросы перспективного применения КАИ с УРЭ при обработке резанием композиционных и хрупких труднообрабатываемых материалов, на предприятиях горнодобывающей и горно-обрабатывающей промышленности, в строительстве и камнеобработке. 6

Для реализации результатов работы разработаны и проведены экспериментальные исследования по технологии изготовления клеесборного алмазного отрезного диска, а также даны рекомендации по применению полученного инструмента в промышленности. Практическая ценность работы доказана в результате апробации экспериментальных образцов инструмента на предприятиях специального машиностроения.

1. Методы изготовления и особенности применения алмазного инструмента в сфере промышленного производства.

1. Абрамов В Н., Знаменский Г.Н., Цисарь И.А. Эффективность применения нового инструмента для обработки новых материалов: 1.I. Огранка синтетического корунда /У Порошковая металлургия (Киев), 1997. - №9.-№10, С. 120-122.

2. Амелин Д.В., Рыморов Е.В. Поляченко A.B. Износостойкость порошковых покрытий, полученных электроимпульсным спеканием и наваркойПорошковая металлургия.— 1981.— № 6.— С. 60—64.

3. Анфиногенов В.И. Имитация и компенсация эксплуатационной вибрации.-М.: Машиностроение, 1996.-367с.

4. Бабад-Захряпин A.A. Дефекты покрытий.-М.:Энергоатомиздат, 1987.-69с.

5. Бакуль В.Н. Основы проектирования и технология изготовления абразивного и алмазного инструмента.- М.: Машиностроение, 1975.-296с.

6. Бакуль В.Н. Синтетические алмазы в машиностроении,- Киев: Наукова думка, 1976.-351с.

7. Баланкин С.А. Электроимпульсное прессование порошковых материалов. .// Препринт: ИПМ АН УССР (Киев).-1985.-№6.- 32 с.

8. Барзов A.A., Аринчев П.И. Исследование динамических свойств клеенных режущих инструментов -М.: Машиностроение, 1984.-29с.

9. Белый A.B. Прогрессивные методы изготовления металлорежущего инструмента.- М.Машиностроение, 1989.-55с.П.Бидерман B.JI. Теория механических колебаний: Справочник, В трех томах. -М.: Высшая школа, 1980.-Т.2.-408 с.

10. Биргер И.А., Пановко Я.Г. Прочность, устойчивость, колебания.-М. : Машиностроение, 1968.-830 с.

11. Благонравова A.A. Колебания и виброакустическвая активность машин и конструкций,- М.: Наука, 1986,- 183с., ил.

12. Богоявленский К.Н. Высокоскоростные способы прессования деталей из порошковых материалов,-Л.: Машиностроение, 1984.-168с.

13. Бойко Ю.И. Клинчук Ю.И. Дислокационный механизм твердофазного электроразрядного спекания // Порошковая металлургия.-1981,- № 3.- С. 4146.

14. Боровский Б.В. Режущие инструменты из сверх твердых материалов. -М.: 1984.-56с.

15. Бадоян A.C. Борьба с вибрацией и шумами,- М.: Центр. Рос. Дом знаний, 1994.-85с.

16. Брик А. С. Шум, производимый станками,- М.: НИИМАШ, 1975.-10с.

17. Бурдун Г.Д. Методы м средства контроля качества алмазного инструмента.-М.: Машиностроение, 1979.- 119 с.

18. Васин Д.А. Проектирование и эксплуатация торцевых фрез с корпусом из композиционного материала.- Тула, 1996,-14с.

19. Варкаев Е.Б. Вибродиагностика параметрического отказа режущего инструмента,- М.: Машиностроение, 1991.-16с.

20. Васильев Л.А., Белых З.П. Алмазы, их свойства и применение. -М.: Недра, 1983, 101 с.

21. Вибрации в технике: Справочник, В 6 томах.- М.: Машиностроение, 1995.-Т.6.-285 с.

22. Весницкий А.И., Крысов C.B. Возбуждение колебаний в движущихся упругих элементах конструкций И Машиноведение.-1983,- №1.- С.16-17.

23. Весницкий А.И., Крысов C.B. Особенности появления эффекта Доплера в одномерных системах с дисперсией // Волны и дифракция. -М.-1981.- Т.З.- С. 291-294.

24. Вольмир A.C. Нелинейная динамика пластин и оболочек. М.: Наука, 1972.350 с.

25. Горбачев Л.П. Математическое моделирование процесса электроимпульсного нанесения твердосплавных покрытий.- М.: МИФИ, 1989.-24с. (Препринт 035-89)

26. Горделадзе A.C. Влияние факторов внешней среды на здоровье человека-Л.: 1982.-97с.

27. Григорьев В.Г. Математические модели процессов деформирования вязкопластичныхматериалов: Автореферат дисс. канд. физ.-мат. наук,- М., 1981.43с.

28. Григорьев Е.Г. Электроимпульсный способ нанесения покрытий // Вираж-центр,- 1997,-№2,-С.23.

29. Дорофеев К).Г. Богданченко А.И. Получение из труднодеформируемых порошковых материалов заготовок для горячей штамповки// Порошковая металлургия.-1984.-№2,- С. 60—64.

30. Дорофеев К).Г., Богданченко А.И. Оптимизация плотности заготовок, получаемых ЭРС из распыленных труднодеформируемых порошковУ Порошковая металлургия.-1985.— № 2.— С. 57—61.

31. Зиновьев П.А. Расчет конструкций из композиционных материалов.-М.: МГТУ, 19 85.-62с.

32. Зуев А.Х. Снижение вибраций машин. -Новосибирск, 1999.- 94с.

33. Карпова Н.И. Шум и вибрация,- Д., 1976.-121с.

34. Карпова Н.И. Шум, вибрация и борьба с ними на производстве,- Л., 1979.-293с.

35. Кичингин А.Ф. Алмазный инструмент для разрушения крепких горных пород.- М.: Недра, 1980,- 159 с.

36. Кизиков Э.Д. Алмазно-металлические композиции.-Киев:ТехникаД988.-135с.

37. Клочко Н.А. Основы технологии пайки и термообработки твердосплавного инструмента. М.: Металлургия, 1981. -200с.

38. Ковальченко М.С. Теоретические основы горячей обработки пористых материалов давлением. Киев: Наукова Думка, 1980. - 227с.

39. Кольчинский М.З., Журавель Ф.П. Особенности электроразрядного спекания металлических порошков, покрытых оксидами // Исследования в области новых материалов.— Киев, 1977.— С. 166—172.

40. Коротков Ю.В. Технология склеивания и расчет клеевых соединений режущего инструмента.- М.: ОНТИ ВНИИ, 1982.-44 с.

41. Коротков Ю.В. Инструмент с вклеенными режущими элементами.- М.: НИИМаш, 1983,-67 с.

42. Коротков Ю.В. Расчет, конструкция, технология изготовления и организация внедрения клеевого режущего инструмента.- М.:НИИМаш, 1983.- 56 с.

43. Крысов C.B., Сьянов С.А. Излучение упругих волн в одномерных системах движущимся источником // ПМТФ.-1981.- №1.- С. 150-153.

44. Опыт электроимпульсного спекания порошков титана, меди, железа и алюминия / В.П. Курочкина, М.В. Романовский, В.П. Пулынин и др. //Спеченные конструкционные материалы, Киев,- 1976.— С. 45—50.

45. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теория упругости, 4-е изд.,- М.: Наука, 1987.248 с.

46. Леванновский И. А. Научные основы создания высокоэффективных инструментов для разрушения горных пород и породоразрушающих композитов: Автореферат дисс. докт. техн. наук. -М., 2000.-35с.

47. Лобанов A.B. Совершенствование технологии изготовления алмазных абразивных инструментов: Автореферат дисс. докт. техн. наук. -Тула, 1998.49с.

48. Малюшевский П.П., Голубенко Ю.Г. Разрядно-импульсная технология спекания-припекания к металлической подложке алмазосодержащих металлических порошков // Электронная обработка материалов 1996. - №1.-С.38-41.

49. Мартынов И.Н. и др. Совершенствование и применение прогрессивных конструкций металлорежущего инструмента,- М. 1978.-44с.

50. Мешков В.В., Мышкин Н.К-, Свириденюк А.И. О методе расчета технологических параметров процесса электроспекания проводящих порошков // Порошковая металлургия,- 1984 № 3.- С. 36—39.

51. Митрофанов A.B. Технология производства алмазного инструмента для обработки хрупких высокотвердых материалов // Конверсия- 1996.- №8.-С.20-22.

52. Митрофанов A.B. Ярцев В.А. Алмазный инструмент // Вираж-центр.- 1997,-№2,- С.2.

53. Митрофанов A.B., Ярцев В.А. Оборудование и инструмент для очистки внутренних поверхностей труб /./ Вираж-центр,- 1997,- №2,- С.22.

54. Митрофанов A.B., Росляков A.B., Григорьев Е.Г. Оптимизация режимов электроимпульсного формования алмазосодержащих композитов // Научная сессия МИФИ-2000: Сборник научных трудов, В 13 томах. М.: МИФИ, 2000.-Т.9.-С. 57- 58.

55. Новиков C.B. Закономерности формирования твердосплавных покрытий электроимпульсным методом: Дисс. канд. техн. наук.— М.: МИФИ, 1989-153с.

56. Оганян А.П., Гвоздовская В.Jl., Оганян A.A. Некоторые физико-химические свойства металлизированных алмазных порошков // Сверхтвердые материалы. 1997. - №2. - С.52-54.

57. Твердосплавный инструмент на основе карбида вольфрама со связкой Со-Ni-Re./ С.С. Орданьян, И.Б. Пантелеев, Т.В. Лукашова, A.A. ГарабаджиуУ Цветные металлы, 1997. №9. - С.62-65.

58. Физико-механические свойства твердых сплавов на основе карбида вольфрама со связкой Co-Ni-Mn./ С.С. Орданьян , Т.В. Лукашова, И.Б. Пантелеев и др. // Цветные Металлы 1997. - №10.-С.70-72.

59. Орлова P.C., Артамонова В.Г. Вибрация, шум и здоровье человека.-Л.: ЛСГМИ, 1988,- 74 с.

60. Пантелеев И.Б., Лукашова Т.В., Орданьян С.С. Твердые сплавы WC-Co-Ni. /У Цветные металлы, 1997. №7.- С.70-73.

61. Паранько Н.М. Вибрация, шум, ультра- и инфразвук и их гигиеническое значение,- Днепропетровск, 1990.-75с.

62. Петруха П.Г. Резание труднообрабатываемых материалов. -М.: Машиностроение, 1972.-176с.

63. Влияние электроискрового легирования вольфрамового твердого сплава на его стойкость к износу и коррозии / И.А. Подчернява, А.Д. Панасюк, В.А. Лавренко и др. // Порошковая металлургия (Киев). 1999,- №5-6.-С.42-47.

64. Пономарев П.П., Оношко Ю.А., Бухарев H.H. Инструмент для алмазного бурения геологоразведочных скважин. -Л.: Недра, 1981С. 4 12.

65. Износостойкий композиционный материал на основе бронзы, изготовленный методом электроразрядного спекания / А.И. Райченко, Л.В. Заболотный, О.Н. Рябинина, В.В. Пушкарев /У Порошковая металлургия.- 1980,- №9.- С. 6-8.

66. Райченко А.И. Влияние концентрации абразивной составляющей на механические свойства и структуру инструментального материала.изготовленного электроразрядным спеканием // Порошковая металлургия.-1985.—№2.-С. 77-80.

67. Райченко А.И., Карюк Г.Г., Лещинский В.И. Эксплуатационные характеристики алмазных хонинговальных брусков, изготовляемых методом электроразрядного спекания// Порошковая металлургия-1977,- № 8.- С.92— 94.

68. Райченко А.И. Теоретический анализ процесса пропитки среды с сообщающейся пористостью при пропускании электрического тока // Порошковая металлургия.- 1979,—№ 8.- С. 27-31.

69. Методы и оборудование для формообразования объемно-пористых анодов оксидно-полупроводниковых и оксидно-электролитических конденсаторов /К.И. Ремизова, В.И. Месеняшин, Л.С. Потехин, В.Н. Тихомиров М.: ЦНИИ Электроника, 1985.— 46с.

70. Рыбаулин В.М. Теория и технология электроимпульсного спекания порошков // Очерки по материаловедению,- М.: МАТИ, 1998. С.221-239.

71. Рыморов Е.В. Исследование и разработка износостойких порошковых материалов и технология упрочнения деталей электроимпульсным спеканием под давлением: Дисс. канд. техн. наук.— Киев, 1974.-160с.

72. Рыморов Е.В. Электроимпульсное спекание под давлением сложнолегированных износостойких материалов // Порошковая металлургия.-1974,- №7,-С. 84—87.

73. Рябинина О.Н. Райченко А.И., Буренков Г.Л. Структурные изменения в спеченных объектах и материалах оснастки при электроразрядном спекании смесей металлических порошков // Порошковая металлургия 1976.-№ 11.-0. 16—21.

74. Санкин Ю.Н. Динамические характеристики вязкоупругих систем с распределенными параметрами,- М., 1978- 29 с.

75. Семашко H.A. Влияние факторов внешней среды на здоровье человека. М.: ММСИ, 1984-139с.

76. Влияние вибрации и импульсов тока на процесс формования порошковых смесей / М.И. Сериков, В.П. Иванов, Ю.А. Емельянов и др. // Порошковая металлургия.- 1978.-№2.-С. 11-16.

77. Сериков М.И., Слетков A.A., Умрихин В.М. Электроимпульсное формование пермаллоевых порошков // Порошковая металлургия.— 1978.- № 12.-С. 1317.

78. Силаев А.Б. Стилянкин H.H. Клеевые соединения деталей машин и их расчет на прочность: Лекции по курсу Детали машин.-М., 1974,-12с.

79. Струк Л.И. Исследование процесса уплотнения порошков тугоплавких соединений методом электропроводности /У Порошковая металлургия.- 1966.-№3 .-с. 14-20.

80. Тимошенко С.П., Гудьер Дж. Теория упругости. -М.: Наука, 1979,- С.76.

81. Третьяков В. И. Основы металловедения и технологии производства спеченных твердых сплавов. 2-е изд. - М.: Металлургия, 1976. - 528с.

82. Трофимов H.A. Защита от вибрации и шума в промышленности.- Пермь, 1999,- 144с.

83. Туманов В.И., Щетинина Е.А., Сереброва О.И. О высокотемпературной деформации твердых растворов и сплавов карбидов металлов IV VI групп с кобальтом // Твердые сплавы и тугоплавкие металлы.- 1971.- № 11,- С. 6575.

84. Федорченко И.М., Францевич И.Н. Струк Л.И. Порошковая металлургия. Материалы, технология, свойства, области применения: Справочник. -Киев: Наукова думка, 1985. -624 с.

85. Филипов Г.В. Режущий инструмент- М.:Машиностроение, 1980- 375с.

86. Францкевич И.Н. Сверхтвердые материалы,- Киев: Наукова Думка, 1980,-296с.

87. Фролов К.В. Вибрации в механизмах и машинах- М.: Изд-во МГТУ, 1988-70с.

88. Фролов К.В. Инфразвук, вибрация, человек. -М.: Машиностроение, 1996-368с.

89. Цыпкин Р.З. Алмазное шлифование неметаллических материалов,- М.: Машиностроение, 1978,- 57 с.95,Черкашин Ю.А. Алмазный инструмент в камнеобработке. -Ташкент, 1987160 с.96,Шишенник К.П. Составной режущий инструмент.- М.: Машиностроение, 1995.-209с.

90. Шведков E.J1., Денисенко Э.Т., Ковенский И.И Словарь-справочник по порошковой металлургии.- Киев: Наукова думка. 1982.— 272 с.

91. Эда X. Увеличение ресурса алмазного режущего инструмента сверхвысокой прочности. -1989.-Т.55, №1,- С.161-166.

92. Raychenko A.J., Burenkov G.L, Leslichinskiv V.l. Theoretical analysis of the elementary act of electric discharge sintering // Physics of Sintering.— 1973.- V.5, №2/2.-P. 215-225.

93. Kalin B.A., Polsky V.I. Erosion and microstructure change of materials during disruption-simulation experiments in plasma accelerator// J.ofNucl. Mater.- 1995.-V.220-222.- P.934-938.