автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Совершенствование процесса плоского глубинного шлифования титановых сплавов с использованием высокопористого абразивного инструмента

На правах рущписи

ВАСИЛЬЕВ АЛЕКСЕИ АНАТОЛЬЕВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПЛОСКОГО ГЛУБИННОГО ШЛИФОВАНИЯ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВЫСОКОПОРИСТОГО АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА

05 03 01 - Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

□□344 /СШ /

Волгоград - 2008

003447097

Работа выполнена в Волжском институте строительства и технологий (филиале) Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета

Научный руководитель - Владимир Андреевич Носенко

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты - Александр Леонтьевич Плотников

доктор технических наук, профессор

Сергей Александрович Рябцев кандидат технических наук

Ведущее предприятие - ОАО «Волжский абразивный завод»

Защита диссертации состоится «9» октября 2008 г, в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212 028 Об при Волгоградском государственном техническом университете по адресу 400131, Волгоград, пр Ленина,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государственного технического университета

Ваш отзыв на автореферат (два экземпляра), заверенный печатью, просим направить по указанному адресу

Автореферат разослан «8» сентября 2008 г

28

Ученый секретарь диссертационного совета

Ю М Быков

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Титановые сплавы нашли довольно широкое распространение в различных отраслях машиностроения Однако эффективность применения таких сплавов сдерживается в определенной степени их плохой обрабатываемостью и, в частности, шлифованием.

Одним из путей повышения производительности механической обработки титановых сплавов является внедрение в производство глубинного шлифования (ГШ) с применением специального высокопористого абразивного инструмента (АИ) При шлифовании жаропрочных, жаростойких и быстрорежущих сталей многочисленными исследованиями доказана необходимость использования высокопористого и высокоструктурного инструмента из электрокорунда Для шлифования титановых сплавов инструмент из электрокорунда не применяется Основным абразивным материалом при обработке сплавов на основе титана является карбид кремния. Соответственно для ГШ титановых сплавов необходим высокопористый и высокоструктурный инструмент из карбида кремния Тем не менее, ГШ титановых сплавов до сих пор является проблемным вопросом не только потому, что остаются нерешенные вопросы у производителей АИ, но и по причине недостаточной изученности процесса ГШ сплавов на основе титана

Важным резервом повышения эффективности ГШ является применение непрерывной правки АИ и направленное формирование его структуры Составление рецептуры специального высокопористого круга, в полной мере гарантирующей получение инструмента с заданными свойствами, не всегда возможно, особенно в связи с достаточно широким диапазоном свойств и необходимостью попадания в заданный интервал В наибольшей степени это актуально для инструмента из карбида кремния, имеющего свои отличительные особенности

В связи с этим цель работы заключалась в повышении эффективности ГШ титановых сплавов высокопористым АИ из карбида кремния путем совершенствования его рецептуры и процесса шлифования

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Исследовать влияние компонентов состава абразивной смеси на механические свойства высокопористого высокоструктурного АИ

2 Разработать математическую модель взаимосвязи компонентов абразивной смеси высокопористого высокоструктурного АИ с его механическими свойствами

3. Исследовать влияние характеристики АИ, режимов шлифования и правки на показатели процесса ГШ

4. Исследовать обрабатываемость различных марок титановых сплавов при ГШ

5. Разработать математическую модель составляющих силы плоского ГШ, учитывающую влияние характеристики круга и режимных факторов.

6 Разработать и внедрить на производстве практические рекомендации по совершенствованию процесса ГШ титановых сплавов

Научная новизна

Разработаны эмпирические математические модели твердости и прочности на разрыв высокопористого высокоструктурного АИ с порообразова-телями из косточки фруктовой (КФ) и крупы манной (КМ) с учетом основных рецептурных факторов и математические модели составляющих силы шлифования с учетом основных параметров характеристики круга, режимов шлифования и правки

Разработана методика расчета номинального и среднего номинального давления на этапах врезания и выхода при ГШ кругами с постоянным рельефом рабочей поверхности

Установлены закономерности взаимного изменения составляющих силы плоского ГШ при постоянной длине дуги контакта от характеристики АИ, режимов шлифования и правки

С использованием количественного критерия относительной результирующей силы шлифования предложена классификация обрабатываемости 9 марок титановых сплавов при ГШ Практическая ценность

Разработаны рецептуры высокопористых высокостругаурных кругов из карбида кремния на керамической связке с порообразователями КФ и КМ

Разработаны режимы плоского ГШ изделий из титановых сплавов, обеспечивающие требуемое качество поверхности

В ходе исследований подготовлено и издано учебное пособие по направлению «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств» с грифом УМО АМ

Реализация результатов работы. Высокопористые высокоструктурные круги из карбида кремния внедрены в производство на ОАО «Казанское моторостроительное производство» при шлифовании плоских поверхностей изделий из титановых сплавов

Учебное пособие используется при выполнении лабораторных работ по дисциплине «Технология машиностроения» в ВПИ ВолГТУ

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на Международной научно-технической конференции «Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы» (г Волжский, 2005, 2006) и IV межрегиональной научно-практической конференции «Взаимодействие вузов и промышленных предприятий для эффективного развития инновационной деятельности» (г Волжский, 2008) Работа в полном объеме была представлена на заседании научно-технического совета Научно-исследовательского центра «Новые технологии и инструменты» ГОУ ВПО МГТУ «Станкин» и на расширенном заседании кафедры «Технологии машиностроения и стандартизация» (Волжский институт строительства и технологий (филиал) ВолгГАСУ) и рекомендована к защите

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, в том числе учебное пособие с грифом УМО АМ и пять работ в изданиях, рекомендованных ВАК

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, приложения и списка литературы (191 наименования) Объем диссертации 211 страниц машинописного текста, содержит 35 рисунков, 38 таблиц, 3 приложения

Содержание работы Во введении обосновывается актуальность темы, дается общая характеристика работы и необходимое направление исследований

В первой главе проводится тематический обзор научно-технической и патентной информации по теме диссертации Показаны особенности ГШ титановых сплавов и преимущества этого метода обработки

Весомый вклад в исследование глубинного шлифования внесли Д И Волков, В В Звоновских, Ю М Зубарев, И В Ломакина, В Ф Макаров, В А Носенко, В А Полетаев, Н С Рыкунов, С С. Силин, В К Старков, Л Н Филимонов, В А Хрульков, П И Ящерицынидр

Анализ рассмотренных исследований позволяет сделать следующие выводы

1. ГШ является одним из наиболее производительных методов абразивной обработки деталей из труднообрабатываемых материалов, обеспечивающих высокое качество поверхности изделия, но его эффективное использование при шлифовании титановых сплавов сдерживается в определенной степени недостаточной изученностью процесса

2 Основной причиной плохой обрабатываемости шлифованием титановых сплавов является высокая адгезионная активность металла во взаимодействии с абразивным материалом и, в частности, с карбидом кремния.

3 Одним из способов повышения эффективности ГШ является использование высокопористого высокострукгурного АИ, выбор его оптимальной характеристики, режимов шлифования и правки

4. В промышленности используется большое количество марок титановых сплавов, являющихся представителями различных структурных групп, обрабатываемость которых при обычном шлифовании рассмотрена При ГШ рассмотрена обрабатываемость лишь отдельных марок титановых сплавов Данных по обрабатываемости ГШ широкой группы титановых сплавов нет

Во второй главе приводится описание оборудования, приборов и материалов, необходимых для проведения экспериментальных исследований, а также методики проведения опытов и обработки статистических данных

Исследования проводились на станке для плоскопрофильного глубинного шлифования ЛШ 232, оснащенном устройством для непрерывной правки круга и компенсации его износа Используемые АИ - высокопористые круги типоразмера 1 500x20x203 из карбида кремния зеленого на керамической связке со специальными порообразователями В качестве СОЖ применяли водный раствор состава ортофосфат натрия 4 %, гексаметафосфат натрия 0,9 %, сода кальцинированная 0,3 %, вода - остальное

Исследовали процесс плоского ГШ пазов различной длины и глубины В качестве обрабатываемых материалов использовали титановые сплавы раз-

личных структурных групп в состоянии поставки

Измерение вертикальной Ру и горизонтальной Рг составляющих силы шлифования осуществляли с помощью динамометра УДМ-600 с регистрирующей аппаратурой Качество обработанной поверхности оценивали по шероховатости, отклонению от плоскостности, остаточным напряжениям, при-жогам, степени наклепа и структурным изменениям

Кромкостойкость кругов определяли на профиле обработанной поверхности по радиусу перехода гп от дна паза к его стенке Необходимую длину заготовки получали состыковкой плоских образцов

Прочность на разрыв образцов-восьмерок измеряли на разрывной машине УММ-5, а твердость АИ одновременно пескоструйным методом по глубине лунки (ГОСТ Р 52587-2006) и акустическим (ГОСТ Р 52710-2007)

В исследованиях применяли методику ПФЭ типа 2" Обработку экспериментальных данных, построение графиков и эмпирических моделей производили с применением программного обеспечения на современной электронной вычислительной технике

В третьей главе выполнен анализ и обобщение известных рецептур АИ с целью разработки рецептуры высокопористых шлифовальных кругов, обеспечивающей получение заданных значений твердости и прочности В качестве порообразователя применяли КМ и КФ

По результатам рассева КМ ее нельзя было отнести к определенной зернистости КФ, поэтому в качестве характеристики размера зерен был выбран средневзвешенный размер всех фракций, а не размер ячеек сита основной фракции, как принято по ТУ 2-036-0224450-009-89 на КФ

Разработаны эмпирические модели твердости (глубина лунки А, мм) и прочности на разрыв (а, МПа) высокопористого АИ в зависимости от зернистости шлифовального материала (2) по ГОСТ 3647-80 и порообразователя (2„), содержания порообразователя (Дп, массовые доли, далее м д) и связки (Дс, м д ) в составе абразивной смеси Например, модели твердости и прочности АИ с наполнителем КМ в кодированном значении факторов имеют вид

Лкм = 6,0 + 0,262- 0,25Д„ - 0,75Дс + 0,192ДДс, (1)

акм = 2,9 - ОДбг + 0,12ДП + 0,18ДС, (2)

где относительная погрешность аппроксимации Ам и аы не превышает соответственно 7,4 и 9,1 %

Если КМ по ГОСТ 77022-97 имеет ограничение размера зерен, то КФ по ТУ может изготавливаться различной зернистости Поэтому при разработке математических моделей твердости и прочности инструмента с КФ было рассмотрено влиянии средневзвешенного размера зерна порообразователя

/гКФ = 5,8 + 0,312 - 0,27гкф - 0,65ДС - 0,1422кф + 0,216ЗДС (3) Установлено, что в АИ с порообразователями КМ и КФ исследованные факторы оказывают различное влияние на А и а Наибольшее влияние имеет Д„ следующими по значимости являются 1,и Дп

С ростом 2 твердость АИ снижается (рис 1) Увеличение Д„ в интер-

вале от 6 до 10 м.д. способствует улучшению распределения связки в матрице инструмента, что положительно влияет на твердость и прочность. В рассмотренном диапазоне варьирования фактора при среднем значении остальных глубина лунки изменяется на 0,5 мм (более половины диапазона степени твердости).

¿кф = 180 мкм

Лкф, мм

зернистость £

16 27

а б

Рис. 1. Влияние '/кф (а) и Z (б) на твердость АИ

С увеличением 7КФ твердость повышается. Влияние зернистости поро-образователя возрастает с увеличением зернистости шлифматериапа.

Установлено, что влияние КМ и КФ на механические свойства АИ одинаково. Относительная ошибка при подстановке данных по кругам с КФ в модель твердости КМ и наоборот не превышает 10 %.

С использованием полученных моделей была определена рецептура высокопористых высокоструктурных шлифовальных кругов типоразмера 1 500x20x203 для степеней твердости F - J (BMI - МЗ) с порообразователями КМ и КФ. По данным рецептурам на ОАО «Волжский абразивный завод» изготовлена опытная партия высокопористых шлифовальных кругов. Установлено, что АИ соответствует заданной степени твердости и требованиям безопасности.

В четвертой главе исследовано влияние характеристики инструмента, режимов шлифования и правки на выходные параметры процесса, рассмотрены некоторые особенности ГШ. Рецептуру АИ составляли с использованием моделей, представленных в главе 3.

От обычного маятникового плоское ГШ отличается большой длиной дуги контакта, в связи с чем возникает необходимость учитывать наличие этапов врезания и выхода, длина которых соизмерима с длиной обрабатываемой поверхности. В. А. Носенко с сотрудниками получены математические модели наработки, режущей способности и составляющих силы шлифования для различных этапов плоского ГШ кругами прямого профиля. В частности зависимость составляющих силы шлифования на этапах врезания Рр и выхода Ръ от номинальной длины дуги контакта L при условии стабильного состояния рельефа рабочей поверхности АИ описывается неполным полиномом второй степени.

При шлифовании кругом диаметром 400 - 500 мм на глубине до 10 мм

длину дуги контакта с погрешностью, не превышающей 1,5 %, можно заменить ее проекцией на горизонтальную ось Тогда зависимость, например, вертикальной составляющей силы шлифования на этапе врезания Рур и выхода Рув от проекции номинальной длины дуги контакта на горизонтальную ось можно так же представить в виде неполного полинома

Р№ = -а1г2 + Ыг, Рув = аЬх (4)

Экспериментальная проверка показала правомочность такой подстановки Максимальная погрешность аппроксимации экспериментальных данных формулами (4) на этапе врезания при > 1 мм и на этапе выхода при Ьг > 3 мм не превышает 10 % Значения приведенных составляющих силы получены при встречном шлифовании титанового сплава ВТ9 кругом характеристики 64СП20Л2УЗЗ КФ40 (64С10М312КЗЗ КФ40) на режимах скорость круга V„ = 25 м/с, скорость подачи правящего ролика 5Р = 1 мкм/имп, скорость стола = 50 мм/мин, глубина обработки I = 3 мм

При делении Ру на проекцию номинальной площади контакта получим среднее номинальное давление рс В наших исследованиях Рп и Р)ъ представлены в виде силы, приведенной к единице ширины круга, поэтому для расчета рс силу из формул (4) достаточно разделить на Ь2

рсв = -аЬх + Ь, р„ = (5)

Номинальное давление р в произвольной точке по длине дуги контакта найдем из уравнений (4) дифференцированием по 1Х

рр = -2аЬг + Ь, рв = 2аЬх (6)

Графические зависимости рс ир от приведены на рис 2 Значения рс и р рассчитаны по формулам (5), (6) и получены впервые

0,75 С--~Т~ 0,75

0,5

0,25

0,00

врезание

** выход

0,5

0 25

0,00

ч «р гзание / / У /чыход

^^^ * / /

/ У /

О

10 20 30

£г мм

10 20 30 40 0

¿_ ММ

а б Рис 2 Зависимость среднего рс (а) и номинального р (б) давлений от ¿г — врезание,--выход

40

Наибольшее значение рс достигается в момент врезания С увеличением Ьг среднее номинальное давление снижается пропорционально и при выходе на постоянную длину дуги контакта уменьшается в два раза На этапе выхода рс продолжает снижаться с тем же коэффициентом пропорциональности Номинальное давление по длине дуги контакта так же изменяется ли-

аейно, но с коэффициентом пропорциональности в два раза выше

Так как постоянные значения силы шлифования и других показателей процесса можно получить только на этапе постоянной длины дуги контакта, сравнение различных технологических вариантов ГШ сделано именно на

данном этапе, когда

Исследования влияния содержания порообразователя выполнено при шлифовании кругами характеристики 64СР60Н12У10М (рис 3) В качестве порообразователя использовали КМ Для получения одинаковой твердости при Дп = 6 м д по сравнению с 10 м д Д. необходимо увеличить почти на 2,5 м д При шлифовании кругом такой же твердости, но с меньшим содержанием порообразователя на уъ = 75-100 мм/мин и 5Р = 1 мкм/имп средние значения Рг и Ру немного выше, что объясняется большим содержанием связки, снижением суммарного объема пор и меньшей склонностью инструмента к самозатачиванию Когда достигает 125 мм/мин бесприжоговое шлифование кругом с 10 м д порообразователя обеспечивается при 5Р = 2 мкм/имп, а с 6 м д только при 5Р = 3 мкм/имп Это приводит к увеличению расхода инструмента и уменьшению коэффициента шлифования в 1,5 раза

25

.н 20

1

а 15

а,"

10

5

VI <г

<—"р,

75

100 125

V,, мм/мин

а

20

I'5

^ 10

С

5

р^

71 . /2 Р._

150

75

100 у„ мм'мин б

125

Рис 3 Влияние у5 и 5р (указана на графике, мкм/имп) на Ру и при шлифовании с 10 (а) и 6 (б) м д порообразователя • - прижога нет, о - прижог

Влияние твердости инструмента рассмотрено на примере кругов твердости в и Н При 5Р = 1 мкм/имп бесприжоговое шлифование кругом твердости в обеспечивается на у8 = 100 мм/мин, в то время как для твердости Н на у5 = 75 мм/мин Режущая способность на достигнутых режимах соответственно 175 и 130 мм3/мин мм, коэффициент шлифования кругом твердости О почти в 1,8 раза выше При шлифовании кругами разной твердости можно добиться одинаковой режущей способности, но в этом случае на более твердом круге необходимо увеличивать скорость правки При у3 = 125 мм/мин оба круга гарантируют бесприжоговую обработку с подачей = 2 мкм/имп Но вероятность образования прижога для круга твердости в будет ниже, т к Рг почти на 10 % меньше по сравнению с кругом твердости Н

С увеличением у5 до 150 мм/мин при шлифовании обоими кругами на обработанной поверхности появляются прижоги Составляющая Ру при шлифовании кругом твердости в в 1,3 раза меньше, чем кругом Н, а Рг на данных

режимах практически одинаковы Это еще раз подтверждает тот факт, что Рг наиболее информативна в отношении описания влияния параметров процесса на его теплонапряженность Попытка устранить прижоги за счет увеличения скорости подачи правящего ролика до 3 мкм/имп увенчалась успехом только для круга твердости в При твердости Н скорость правки необходимо поднимать до 4 мкм/имп, соответственно износ круга возрастает более чем в 1,3 раза Таким образом, для обеспечения максимальной производительности ГШ при меньшем расходе АИ целесообразно использовать более мягкие круги

С уменьшение зернистости шлифовального материала до И120 (рис 4) на у5 = 75 мм/мин Ру почти не изменилась, а Рх возросла более чем в 1,3 раза (см рис.3) Тем не менее, прижогов на обработанной поверхности не обнаружено, что в определенной степени связано с изменением числа контактирующих зерен и их фактической глубины резания При = 100 мм на поверхности образцов независимо от зернистости появились прижоги, интенсивность которых выше для мелкозернистого круга С увеличением до 2 мкм/имп на мелкозернистом круге V, можно поднять до 100 мм/мин, а у круга зернистости Б60 до 125 мм/мин Для устранения прижога 5Р увеличили до 3 мкм/имп, но этого оказалось недостаточно Штриховые прижоги на обработанной поверхности остались Только при = 4 мкм/имп прижоги были устранены Таким образом, при ГШ титановых сплавов с использованием мелкозернистого карбида кремния Ру изменяется весьма незначительно, а Рг увеличивается, в результате возрастает отношение Р2/Ру

Большое влияние на процесс ГШ влияние оказывает непрерывная правка круга При непрерывной правке поверхность АИ постоянно обновляется, что существенно повышает эффективность шлифования, позволяет увеличить скорость съема металла с обеспечением необходимого качества обработанной поверхности

При шлифовании без правки (5Р = 0 мкм/имп) Ру и Р7 имеют максимальное значение (рис 5) С использованием постоянной правки, даже при минимальной подаче 5р = 1 мкм/имп Ру и Рг снижаются в 1,3 - 1,5 раза Из двух составляющих в большей степени снижается Рг С дальнейшим увеличением падение сил уменьшается В диапазоне Яр от 1 до 2 мкм/имп Ру и Рг снижаются приблизительно на 30 %, а в интервале от 4 до 6 мкм/имп всего на 5 - 10 % При 5Р = 4 мкм/имп Ру и Рг по сравнению с периодической правкой снизились соответственно в 2,4 и 3,5 раза

В связи с тем, что правка наибольшее влияние оказывает на Ра с ростом

1/1

75 100 125

V ь мм/мин

Рис 4 Составляющие приведенной силы шлифования кругом характеристики 64СП20Н12У10 указана цифрами, мкм/имп)

• - Р», ▲ - Рг, о, Д - прижог

снижается соотношение между составляющими При шлифовании с периодической правкой Рз/Ру = 1Д6 С увеличением 5Р до 4 - 6 мкм/имп Рг!Ру = 0,86-0,80

12 1

о.

С

0,3

0,2

0,1

0,0

0

-1- - • •

0

10

30

40

Зр, мкм/имп

20 /, мм

Рис 6 Изменение радиуса паза гп по длине образца / при различной 5Р (указана на графике в мкм/имп)

Рис 5 Влияние скорости подачи алмазного ролика ¿'рна составляющие силы шлифования ▲ - Ру, А -Р,

Известно, что при шлифовании титановых сплавов основной причиной затупления АИ является не образование площадок износа, а налипание металла на вершины зерен В результате возрастает сила трения и отношение P¿Py При шлифовании с постоянной правкой вершины наиболее выступающих зерен очищаются от налипшего металла алмазными зернами правящего ролика, что снижает трение в зоне резания и отношение Р^РУ

Правка влияет на кромкостойкость круга, оцениваемую по радиусу перехода от дна паза к стенке г„ На рис 6 показано изменение гп по длине образца со стороны входа круга При шлифовании без правки радиус паза наибольший и возрастает по длине образца со стороны входа круга к выходу Со стороны входа в образец гп в среднем составил 0,2 мм Непрерывная правка изменяет закономерность изменения радиуса и его величину Наибольшее значение радиус имеет на входе круга в образец и снижается к выходу

Приведенные выше результаты получены в основном методом одно-факторного планирования Для разработки многофакторной модели методом планирования эксперимента необходимо определить область существования входных параметров, описывающих функцию отклика при условии их совместимости и некоррелированности Чем больше количество входных параметров, тем сложнее соблюсти эти требования, особенно условие совместимости. Кроме того, увеличение количества факторов существенно влияет на достоверность модели Поэтому исследования ограничили тремя факторами, но разрабатывали две математические модели с различными значениями четвертого фактора В качестве функции отклика выбраны составляющие приведенной силы шлифования, в качестве факторов - у5, 5Р и твердость АИ (глубина лунки Л, мм), 1 = 3 мм Разработка математической модели выполнена методом ПФЭ типа 2к В первой серии экспериментов зернистость круга

Р60, во второй Б120 В результате обработки экспериментальных данных получены математические модели, которые, например, в кодированных значениях факторов для зернистости Б60 выглядят следующим образом

Рг = 7,93 + 2,75у5 - 1,085р - 0,95й - 0,5 У55р, (7)

Ру = 12,06 + 5,28у5- 1,685р- 1,63/г-1,16у^р-0,96 + 0,515р/г + 0,58у,Др/г (8) Относительная погрешность аппроксимации моделей в рассмотренном факторном пространстве не превышает 14 %

В пятой главе приведены результаты исследования обрабатываемости девяти марок титановых сплавов, относящихся к различным структурным группам (табл 1)

Таблица 1

Структурные группы исследуемых титановых сплавов

псевдо-а-сплавы а-сплав (а+|3)-сплавы

ОТ4-1, ВТ20 ВТ1-0 ВТ6, ВТЗ-1, ВТ8, ВТ9, ВТ 14, ВТ22

Сплавы шлифовали кругом характеристики 64СР120Л2\М0 на режимах ук = 25 м/с, 50 мм/мин, I = 2 мм

Максимальные значения сил Ру и Рг получены для (а+Д)-сплавов, обладающих наибольшей прочностью и содержащих максимальное количество ^-стабилизаторов наиболее легированного труднообрабатываемого сплава ВТ22 (а = 1150 - 1450 МПа) с 12 % содержанием /3-стабилизаторов, сплава ВТ14 с 8 % и жаропрочного сплава ВТЗ-1 с 5 % Содержание /3-фазы в сплавах соответственно составляет 35,28 и 20 %

Наименьшие значения Ру и Рг зафиксированы на сплаве ВТ 1-0 (технический титан с содержанием примесей мене 1 %) и псевдо-а-сплаве ОТ4-1, обладающего повышенной пластичностью и средней прочностью (сг 800 МПа, содержание ^-стабилизаторов - 1,5 %)

По значениям Ру и Рх рассчитана результирующая сила шлифования Р, принятая в качестве критерия обрабатываемости сплава Численное значение обрабатываемости оценивали отношением результирующей силы шлифования Рэ сплава ВТ1-0, принятой в качестве эталона, к результирующей силы шлифования сравниваемого материала Рм (рис 7) Это отношение названо коэффициентом обрабатываемости по результирующей силе шлифования Кк *я = Д=/Я« (9)

Представленные титановые сплавы по значению К^ классифицированы на группы обрабатываемости (табл 2) Такое расположение сплавов по группам

1 00 - п Г" п •

0,75 • -1 И - - - ; -

£ 0,50 ■ > - ; - - - - - - (

0,25 - ■ * > V к 1

ВТ22 ВТ14 ВТЗ 11 Ё ВТ20 - ш £ 03 1 ВТ1-0

Рис 7 Коэффициент обрабатываемости титановых сплавов кругом из карбида кремния

обрабатываемости в общем случае согласуется с данными других исследований, в частности с работами Г И Саютина, где по критерию износостойкости абразивного материала при маятниковом шлифовании сплавы разделены на три группы

Таблица 2

Группа Значение Кк Марка сплава

1 1,0 >Кк>0,9 ВТ1-0, ОТ4-1, ВТ6

2 0,9 0,8 ВТ8, ВТ9, ВТ20, ВТЗ-1

3 0,8 >Кк>0,7 ВТ14

4 0,7 >Кк> 0,6 ВТ22

В соответствии с разработанными рецептурами на ОАО «Волжский абразивный завод» изготовлена опытная партия высокопористых шлифовальных кругов для проведения производственных испытаний на операции ГШ изделий из титановых сплавов

Для условий ОАО «Казанское моторостроительное производственное объединение» разработан процесс глубинного шлифования плоских поверхностей взамен фрезерования, чернового и чистового шлифования маятникового шлифования новыми высокопористыми высокоструктурными кругами из карбида кремния производства ОАО «Волжский абразивный завод» В результате лабораторных и производственных испытаний разработаны режимы глубинного шлифования и правки, определена характеристика АИ, обеспечивающие требуемое качество обработанной поверхности за одну операцию отсутствие прижогов, остаточные напряжения сжатия, не более 1,25 мкм, отклонение от плоскостности 0,01 мм, степень наклепа около 50 %

Высокопористые круги производства ОАО «Волжский абразивный завод» внедрены на операции ГШ изделий из титановых сплавов на ОАО «Казанское моторостроительное производственное объединение».

Акты испытаний и внедрений результатов работы даны в приложении диссертации

Общие выводы

1 Разработаны эмпирические математические модели твердости и прочности на разрыв высокопористого высокоструктурного АИ в зависимости от зернистости шлифовального материала и порообразователя, содержания порообразователя и связки в составе абразивной смеси

2 С использованием разработанных моделей определено содержание основных компонентов абразивной смеси для изготовления высокопористых высокоструктурных шлифовальных кругов из карбида кремния на керамической связке с порообразователями КФ и КМ заданной твердости

3 Исследовано влияние параметров рецептуры и их взаимосвязи на твердость и прочность АИ Установлено, что КМ и КФ оказывают приблизительно одинаковое влияние на механические свойства АИ, а шлифовальные

круги с данными порообразователями имеют одинаковые эксплуатационные свойства

4 Исследованы эксплуатационные свойства кругов при ГШ титановых сплавов Установлено, что

- увеличение содержания связки при одинаковой твердости круга увеличивает силу шлифования и вероятность образования шлифовочных прижо-гов,

- образование прижога на обработанной поверхности определяется некоторым предельным значением наиболее информативной в этом отношении горизонтальной составляющей силы шлифования Ргп, с увеличением скорости подачи стола предельное значение Р„ возрастает;

- с уменьшением зернистости карбида кремния Рг/Ру увеличивается,

- с увеличением скорости подачи стола и глубины шлифования на общем фоне увеличения составляющих силы шлифования PJPУ снижается,

- с увеличением скорости подачи правящего ролика PJPУ уменьшается,

4 Разработаны эмпирические модели взаимосвязи составляющих силы шлифования с режимными факторами и твердостью АИ при обработке титановых сплавов ГШ с непрерывной правкой

5 Предложена методика определения номинального и среднего номинального давлений на этапах врезания и выхода при ГШ кругами с постоянным рельефом рабочей поверхности круга Номинальное давление по длине дуги контакта изменяется по линейной зависимости на этапе врезания и прямой пропорциональной на этапе выхода Среднее номинальное давление от длины дуги контакта изменяется по аналогичным зависимостям с коэффициентом пропорциональности в два раза меньше

6 Предложен количественный критерий Кк классификации обрабатываемости титановых сплавов по силе шлифования в виде отношения результирующей силы шлифования сплава ВТ1-0, взятого за эталон, к результирующей силе шлифования анализируемого сплава К первому классу обрабатываемости принадлежат сплавы ВТ1-0, ОТ-4 и ВТ6 (1,0 >/<"я > 0,9), ко второму - ВТ8, ВТ9, ВТ20, ВТЗ-1 (0,9 Жк>0,8), к третьему - ВТ14 (0,8 >Кк>0,7) и к четвертому - ВТ22 (0,7 > 0,6) Обрабатываемость сплава ухудшается с уменьшением Кк

7 На ОАО «Казанское моторостроительное производственное объединение» отработан процесс ГШ изделий из титановых сплавов высокопористыми кругами из карбида кремния зеленого производства ОАО «Волжский абразивный завод» Шлифовальные круги внедрены на операции ГШ

По теме диссертации опубликованы следующие работы, раскрывающие ее основное содержание:

Публикации в центральных изданиях, включенных в перечень периодических изданий ВАК РФ

1 Васильев, А А Сила и давление при глубинном шлифовании / В А Носенко, В К Жуков, А А Васильев // Инструмент и технологии - 2006 -№24-25 -С 128-131

2 Васильев, А А Шероховатость поверхности при плоском глубинном шлифовании титанового сплава / В А. Носенко, А А Васильев, С В. Носенко //Известиявузов -2007 -№9 -С 66-71

3 Васильев, А А Разработка рецептуры высокопористых высокоструктурных кругов из карбида кремния для глубинного шлифования титановых сплавов / В А Носенко, А А Васильев, С В Носенко, А Н Довгаль // Технология машиностроения -2008 — №4 -С 18-23

4 Васильев, А А Попутное и встречное глубинное шлифование поверхности полного цикла с периодической правкой круга / В А Носенко, В К Жуков, А А Васильев, С В Носенко // Вестник машиностроения -2008 -№5-С.44-50

5 Васильев, А А Влияние компонентов рецептуры на твердость и прочность высокопористых шлифовальных кругов из карбида кремния / В А Носенко, А Н. Довгаль, А А Васильев, С В Носенко // СТИН - 2008 -№8 -С 23-26

Публикации в других изданиях

1 Васильев, А А Лабораторные работы по технологии шлифования учебное пособие с грифом УМО AM / В А Носенко, А А Васильев, Е Ф, Уткин, А В Авилов - Волгоград ВолгГТУ, 2007 - 97 с

2 Васильев, А А Глубинное шлифование жаропрочных и титановых сплавов / А В Авилов, А А Васильев // VIII региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области тез докл - Волгоград, 2003 -С 83-84

3 Васильев, А А Влияние зернистости шлифовального материала и по-рообразователя на твердость кругов из карбида кремния / В А. Носенко, А А Васильев, Т Н Орлова, В К Жуков // Современные технологии в машиностроении сб ст УШ Всерос науч -практич конф - Пенза, 2004 - С 78 - 81

4 Васильев, А. А Оптимизация рецептурного состава кругов из карбида кремния с использованием методики ПФЭ / А А Васильев II X Межвуз науч -практич конф молодых уч и студ г Волжского, Волжский, 23 - 25 мая 2004 г тез докл в 2-х ч 4 1/ ВолгГАСУ, ВИСТех (филиал) ВолгГАСУ. - Волгоград, 2005 -С 22-23

5 Васильев, А А Методика исследования процесса глубинного шлифования / А В Авилов, А А Васильев, С В Бердес // Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы сб ст Междунар науч-технич конф «Шлифабразив - 2005» г Волжский / ВолгГАСУ , ВИСТех (филиал) ВолгГАСУ - Волжский, 2005 - С 146 -148

6 Васильев, А А Погрешность измерения сил глубинного шлифования / А А Васильев, А Е Баранов А Е //XII Межвуз науч.-практич конф молодых уч и студ г Волжского, г Волжский, май - июнь 2006 тез докл в 4-х т Т 4/ВолгГАСУ, ВИСТех (филиал) ВолгГАСУ - Волгоград, 2006 -С. 14-16

7 Васильев, А А Исследование обрабатываемости при глубинном шлифовании сплавов титана (а+/3)-структуры / А А Васильев // ХП Межвуз науч -практич конф молодых уч. и студ г. Волжского, Волжский, май - июнь 2006 г тез докл. в 4-х т Т 4 / ВолгГАСУ , ВИСТех (филиал) ВолгГАСУ -

Волгоград, 2006 - С 16-18

8 Васильев, А А Отработка режимов глубинного шлифования высокопористыми кругами производства ОАО «Волжский абразивный завод» / В А Носенко, А А. Васильев, В К Жуков, С В Костров // 1П межрег науч-пракгач конф «Взаимодействия научно-исследовательских подразделений промышленных предприятий и вузов по повышению эффективности управления и производства» (г Волжский 2006 г ) сб матер конф / ВГТУ. - Волгоград, 2006.-С 63-67

9 Васильев, А А Обрабатываемость титановых сплавов глубинным шлифованием / В А Носенко, А А Васильев // Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы сб ст Междунар. науч -технич. конф. «Шлифабразив - 2006» г Волжский ВолгГАСУ , ВИСТех (филиал) ВолгГАСУ -Волжский - Волжский, 2006 - С 169-172

10. Васильев, А. А Внедрение высокопористых кругов из карбида кремния на операции глубинного шлифования изделий из титановых сплавов / С В Костров, В К Жуков, В А Носенко, А А Васильев // Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы • сб ст Междунар науч -технич конф «Шлифабразив - 2006» г. Волжский ВИСТех (филиал) ВолгГАСУ. - Волжский, 2006 - С. 57 - 60

11 Васильев, А А. Модели твердости и прочности высокопористого абразивного инструмента из карбида кремния с порообразователем крупа манная / В А. Носенко, В Ф Холоденко, Т Н Орлова, А А Васильев // Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы • Сб ст Междунар науч -технич конф. «Шлифабразив - 2006» г Волжский . ВИСТех (филиал) ВолгГАСУ -Волжский,2006 - С 60-63

12 Васильев, А А Исследование влияния СОЖ на эффективность шлифования труднообрабатываемых материалов / В А Носенко, А А Васильев // Материаловедение и технология конструкционных материалов - важнейшие составляющие компетенции современного инженера Проблемы качества технологической подготовки сб ст Всерос совещ зав каф материаловед и тех. конструк матер / Науч -метод совет по материаловед и техн кон-струк матер России, ВолгГАСУ; ВИСТех (филиал) ВолгГАСУ. - Волжский ВИСТех (филиал)ВолгГАСУ, 2007 -С 311-314

ВАСИЛЬЕВ АЛЕКСЕЙ АНАТОЛЬЕВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПЛОСКОГО ГЛУБИННОГО ШЛИФОВАНИЯ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВЫСОКОПОРИСТОГО АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА

Автореферат

Подписано в печать 05 09 2008 г Формат 60x84/16 Гарнитура Times New Roman Бумага Union Prints Печать трафаретная Уел печ л 0,93 Уч -изд л 1,0 Тираж 120 экз

Волжский институт строительства в технологий (филиал) Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета, 404111, г Волжский, пр Ленина, 72