автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Теоретические основы повышения эффективности черновой обработки резанием заготовок из титановых сплавов

Московский орденов Ленина, Октябрьской

* яиипиоиппп ирдопиа лепила, удтдиуоидип

> «А Революции и Трудового Красного Знамени

V государственный технический университет

\ им. Н.Э.Баумана

На. правах рукописи

С03ИН0В Алексей Иванович

Теоретические основы повышения эффективности чертовой обработки резанием заготовок из титановых сплавов

Специальность 05.03.01 - процессы механической и

физико-технической обработки; станки и инструменты ■

АВТОРЕФЕРАТ

■V диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Иосква 1994

Работа выполнена на Калужском филиале Московского государственного технического университета ни. Н.Э. Баумана.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Карасев Б.Е. доктор технических наук, профессор Яшиков A.C. доктор технических наук, профессор Ярославцев В.Ц.

Ведущее предприятие: АО "Калужский двигатель"

Защита состоится 1994 г. на

заседании совета Д 053.15.04 при Московском государственном техническом университете им. Н.Э. Баумана по адресу: 107005, Москва, 2-я Бауманская ул., дом 5.

Ваш отзыв на автореферат в одном экземпляре, заверенный гербовой печатью, просим направлять по указанному адресу. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им. Н.Э.Баумана.

Телефон для справок: 267-09-63.

Автореферат разослан

1994 г.

Ученый секретарь

специализированного совета Д 053.15.04

/

Усов Б.А,

ОЕЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Значение титановых сплавов как конструктивного материала общеизвестно. Однако, несмотря на достаточность природных ресурсов в нашей стране производство титановых сплавов не удовлетворяет потребностей народного хозяйства. Основной причиной этого является высокая трудоемкость, капиталоемкость и энергоемкость процессов, связанных с переплавом титановой губки, выплавкой слитков, коекой, прокаткой, штамповкой и другими операциями формообразования. Значительная часть энергетических, материальных и трудовых затрат при этом приходится на доли черновой механической обработки заготовок, которая выполняется, в основном, методами резания на токарных, фрезерных, строгальных станках и является органической частью современного заготовительного производства, обеспечивая полное удаление поверхностных дефектов на всех этапах металлургического передела, срезаг ние избыточных припусков и получение за счет этого точных по' весу, геометрический параметрам и химическому составу, заготовок.

Удаление дефекточ поверхности слитков, слябов, кованых, катаных, штампованных заготовок является одной из самых трудоемких операций в заготовительном производстве, она составляет 20-50% трудоемкости, основных металлургических процессов. При черновой обработке удаляется более 45% стружки, занято до 35% численности персонала заготовительного производства. Низкая производительность этих процессов не позволяет включать их в общий поток основных технологических операций.

Значительный объем черновой обработки выполняется так же в условиях машиностроительных предприятий, в основном с целью срезания излиших припусков из-за недостаточности сортамента поставляемых заготовок.

При атом отвлекается значительный потенциал машиностроительных предприятий для решения несвойственных им проблем.

ПоЕшекие эффективности черновой обработки связано с увеличением скорости съема металла при обеспечении заданного качества обработки и минимальных затратах.

Однако накопленный опыт обработки готового металла, имеющего однородные физико-механические свойства, оказывается недостаточным при его использовании в заготовительном производстве. Поэтому работы, направленные на повышение й<$фективности черновой обработки заготовок являются актуальными.

Диссертация посвящена теоретическому и экспериментальному исследованию взаимосвязи металлургических факторов, определяющих характер и объем срезаемого припуска, физических сторон процесса чернового резания, экономических параметров, характеризующих условия обработки и решению, на этой основе, проблемы повышения скорости съема металла за счет освоения новых кинематических схем черновой обработки, разработки высокопроизводительного режущего инструмента и оборудования.

В реферируемой работе эта проблема решена с позиций современных достижений науки о резании металлов, металловедения, тепловых процессов, прочности и долговечности твердых сплавов, а также других смежных отраслей науки и техники.

Цель работы - повышение скорости съема металла в процессах черновой обработки заготовок из титановых сплавов при обеспечении заданных параметров качества и минимальных затратах, на основе выбора рациональных способов формообразования заготовок, кинематических схем резания, разработки специального металлорежущего инструмента и обрудования.

Научная новизна работы заключается в установлении взаимосвязи способа формообразования заготовок из титановых сплавов, физико-механических свойств и геометрических параметров срезаемого припуска, кинематической схемы его срезания, параметров режущего инструмента и режимов резания, на основании которой найдены рациональные условия черновой обработки заготовок, обеспечивающие повышенную скорость еьема металла, при заданном качестве обработки и минимальных затратах.

Автор защищает.

Научные основы прогнозирования эффективности методов формообразования промежуточных заготовок-слитков, кованых,

о

катаных заготовок с учетом параметров их последующей черновой механической обработки.

Результаты экспериментального и теоретического определения взаимосвязи характера пластической деформации и разрушения материала в процессах механических испытаний на сжатие и в процессах резания с учетом физико-механических свойств материала, температурных и скоростных условий деформирования.

Результаты комплекса теоретических и экспериментальных исследований, связывающие функциональные зависимости процесса резания с основными физико-механическими свойствами обрабатываемого и инструментального материалов с учетом метода формообразования заготовок, группы прочности обрабатываемых сплавов и способов обработки.

Теоретические основы интенсификации процессов чернового резания за счет нагрева заготовок с учетом ограничений, накладываемых высокой химической активностью титановых сплавов при повышенных тештературах.

Теоретическуп оценку долговечности режущих многогранных твердосплавных пластин, основанную на схеме накопления усталостных поврендений в процессе срезания неравномерного припуска.

Расчетно-экспериментаяьные методы определения силовых и температурных параметров процесса черювого резания на операциях точения и фрезерования поверхностей враг^нил.

Расчетно-экспериментальнце методы и результаты определения характера изнашивания редуцего инструмента в зависимости от условий его эксплуатации и технологических требований на обработку. .

Новые способы черновой обработки заготовок, конструкции специального высокопроизводительного режущего инструмента, методы повышения его стойкости, новые способы стружколомания в процессе резания.

Практическая ценность и реализация результатов работы заключается:

- в разработке базы исходных данных и пакета прикладных программ для решения задачи по выбору рационального метода

формообразования промежуточных литых, кованых, катаных заготовок и способов их последующей черновой обработки на основании сравнения альтернативных вариантов и их ранжирования по обобщенному показателю эффективности;

- в разарботке методики выбора рациональных параметров многогранных режущих твердосплавных пластин и условий их эксплуатации по критерию усталостной долговечности;

- в использовании результатов работы при разработке • ОСТ 1.52600-62, ТУ 4819979, ТУ 4818-89-80 на заготовки для твердосплавных режущих пластин и специальный режущий инструмент для тяжелого резания, при запуске и внедрении в производство механизированных линий по обточке слитков, кованых и катаных прутков, механизированной линии фрезерования слябов

, на металлообрабатывающем заводе г. В.Салда, механизированных линий по обточке дисков на металлургическом заводе г.Чебар-куль, механизированной линии по изготовлению образцов для механических испытаний на металлургическом комбинате г.Ступино ;

- в разработке технических заданий для ГСКБ тяжелых фрезерных станков г.Ульяновск на специальное оборудование и ре-кущий инструмент для фрезерования поверхностей вращения крупных кольцевых заготовок по заказу ПО "Илюрский завод", г.С.Петербург;

- в разработке и внедрении руководящих технических материалов по способам обработки, реюшам резания, режущему инструменту, методам повышения его стойкости при черновой обработке заготовок из титановых сплавов на предприятиях авиационной" отрасли;

- в разработке новых способов, оборудования, режущего инструмента и оснастки для черновой обработки заготовок, новых методов дробления стружки в^ процессе резания.

Материалы выполненной работы используются так же в учебном процессе при подготовке студентов по специальности 12,02.

Полученные результаты реализованы в заготовительном производстве при механической обработке слитков, кованых, катаных, штампованных заготовок, в том числе в П.О. Металло-

обрабатываний завод г.В.Салда; Металлургический завод, г.Че-баргсуль; Металлургические заводб| г.Ступино, Нулебахи; в заготовительных цехах.' маскностроительных заводов, а та!! не А ряде проектных институтов при разработке нового оборудования и релудэго инструмента для черновой обработки труднообрабатываемых сплавов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы долечены и обсуждены на Всесоюзных научно-технических конференциях: "Проблемы обрабатываемости жаропрочных сплавов разаниек" г.Уфа,1975 г. , "Автоматизация исследований, прозхтнрозкгля и испытаний слояннх технических систем" г.Калуга,19ЭЭ г. , "Проблемы поеызйння качества, надогности п долговечности !.:анкн" г.Брянск,1990 г. , на рзс-публпкскскоЯ гхнг*зрг:-тп:и "Сопэрзенстпованне технологических прецзееоз изгато5з:<;'?гл'л. деталей а" г.Кургш,12Э1 г. , на »ггявузезсяоЗ ноуэдо-тзгигл.'зеко?! т'.стгфлрепкет: "Прогрзсеив-ииз тезкологяя и понсгрустуга» кзхгилзгцяя и &в?ог.згпз&цкя прсизеодстесиппс прсцзссоэ з тгглссгростпя и -яряборострэо-гган" Р.Калуга,1907 г. , ¡га рзгяопалыюх нзуио-техничест::« 1со''4зренц!!лх и еопеггц.'г.'ях: "Совзрсзистеовгикэ кехшнгезехой обработки детазой вз грудаообра^гзтоае: иг материалов" г.Омск, 1582 г. , пИнтекс'/.'£-л:шу.:я працэссоз прздвзрительноП обработки гароцрочьих и титг-яогт: еллапов" г.Чзбар::уяь,1933 г. , "Вклад ученых и специалистов области а развитие'наупно-тех-нического прогресса" г.Кглуга,1С34 г. , "Проблем научно-технического прогросса к бретадашс фор! организации труда" г.Колугаг1987 г. , "Прогрзссзткгал технология механосборочного производства" г."ос-/г.а, УГ1У ки. Н.Э.Баумана,1939 г. , на региональной научно-тетЛоскоЯ кон*ере1пу«п "Автоматизация исследований" г.Калуга,1993 г. .

Публикации. По результатам работы азторон опубликованы 54 печатные работа, получзно 23 авторских свидетельства на изобретения. •

Объём работ ы. Диссертационная работа состоит из введения, сеет глав, сдаодов, списка литература и приложений.

Материал излонен на 454 страницах, содержит 158 рисунков и 29 таблиц на 154 страницах, список литературы из 160 наименований на 15 страницах, приложения на-46 страницах.

4 - содь'ь^ва; РАБОТЫ •

ГЛАВА I. СОСТОЯНИИ BOxlPOOA. ЗАДАЧИ 1ШЩЕ0ВАЩЙ

Выполнен обзор работ, внесши большой вклад в реиение проблем; повышения производительности процессов резания труднообра-батшзаег.ых материалов, развития способов механообработки, рационального использования ревущего инструмента, в т.ч. работы

A.А. Авакова, П.П. Бобрика, Л.Н. Белшшна, Г.И. Грановского, Д.LI. Гурзвича, A.M. ^альсиого, iI.II. оорева, 13.Д. Куанегова,

B.А. Крнвоухова, ¡,1.11. Клушина, Б.Е; Карасева, Т.Н. Лоладзе,

А.Д. Макарова, k-.ll. Нестерова, В.А. Остауьева, А.С. Нроникова, Ь.Ц. аодураова, А.ш. Прохорова, II.k. Палетккп, II.Н. Резникова,

C.С, Силина, II.It. Ташдицкого, Г-.Я. Хаета, А,О. Этин, л.С. Нмнико-ва, J.i.l. Ярославцова и других учешгх.

Специфические особенности резания титановых сплавов -високие удельныо давления на контактных поверхностях инструмента, повнпэние теипературп резания, связанные с их низкоГ: пластичность теплопроводностью и температуропроводностью, дали основание выделить их в оообьШ класс труднообрабатываемых материалов. И основу клвссиОикохщн, цремоштоО рядом авторов (II.Г. Петруха, U.B. jJrftpoE, А.д. ЧуСаров к др.)', положено, принятое в металио-ведошш делении титановых сплавов на структур».

Отмечается, что лучшей обрабатываемостью резанием обладают опята и fi -структурой, а для улучшения обрабатываемости рокомендуеа\'я термическая обработка и защгтнне среди, способ-стауюше получению благоприятшх для обработки резанием структурно;: ¡j'opM металла.

3 процессах чкотовоЛ, получиетово:; обработки титановых епжгаов, пдаяьях однороднее физико-механические своНстяв, используются,,в основном, традиционнее способы розания. Пошше-н::е производительности при этом достигается, главным образом, за счет увеличения permon резания, однако темпы роста реягоюв рЪзания бпястро снижаются.

Условия резания значительно ухудшаются при черновом резании, при обработке по корке, образующейся в процессе металлургических переделов в связи с высокой химической активностью титановых сплавов при их нагреве в атмосфере воздуха.

Высокая твердость, истирающая способность дефектного металла, неравномерность срезаемого припуска обуславливают высокие контактные нагрузки на режущий инструмент, создаются благоприятные условия для развития адгезионных и усталостных явлений, приводящих к его разрушению.

Количество дефектов на поверхности металла, отклонения геометрических параметров заготовок, физико-механические свойства поверхностного слоя зависят от технического уровня основных технологических процессов их производства, состояния технологического оборудования, инструмента и, составляя предмет самостоятельного изучения з металлургических лабораториях, являются одним из наиболее загных факторов процесса чернового резания, обуславливающих его эффективность.

Имеющаяся а литературе информация по параметрам качества заготовок в вида коэффициентов весовой точности КВТ , коэффициента использования металла КИМ и коэффициента выхода годного КВГ недостаточна для выбора оптимального способа получения заготовок. Систегстй анализ предусматривает шбор способа получения заготовок so взаимосвязи с другими факторами, способствующими повышению эффективности труда, снтаенив материалоемкости, повышению производительности и улучшения качества изделий. Среди этих факторов вогиое значение игеет выбор способа, технологических и зко-но:згиэскнх ппр?.;:етроз посяодуючзЯ размерной обработки.

Такой систекгый подход получил теоретическое обоснование в работах А.М.Дальского, В.М.Ярослшщева, Ю.М.Ермакова, М.Г.Афоньккна, ¡{.В.Магницкой и >f.

Проблема увеличения скорости съема металла методами г*-э-

хгшической обработки имеет особую остроту с одной стороны - . в связи с тенденцией выполнения их в потоке основных металлургических операций. С другой стороны - в связи с тем, что резервы повышения производительности при использовании традиционных способов резания практически исчерпаны. Как показывает-анализ современного состояния металлообработки, достижение этой цели возможно лишь на пути освоения способов с принципиально новой кинематикой и схемой срезания припуска.

Анализ и классификация методов черновой обработки заготовок из титановых сплавов, выполненные в реферируемой работе на основе «ЗгГщения литературных данных, производственного <?пыта, а так же проведенных автором лабораторных испытаний, позволили выделить способы, наиболее эффективные по критериям производительности и стоимости. Среди них - фрезерование поверхностей врз цеиия, бесцентровое трчение катаных валов многорезцовыми головками, многорезцовая обточка слитков, поковок с использованием технологического тепла и ряд других. Однако реализация этих методов в производственных условиях связана с ограничениями, накладываемыми характером срозаемого припуска, инструментом и оборудованием и, следовательно, с необходимостью определения физических параметров процесса резания, прочности и износостойкости реяущего инструмента, которые для условий чернового резания исследованы недостаточно.

Неоднозначно решается вопрос выбора метода интенсификации процесса резания. Несмотря на то, что черновая обработка с нагревом обрабатываемого материала хоропо известна (Т.Н. Лоледзс, А.Н. Строшков, м. Мзрчант и др. обработка титановых заготовок с нагревом, в силу особых физико-каха-ничаских свойств отих сплавов, требует теоретического обоснования выбора рациональных методов обработки, рекимов нагрева и резания, обеспечивающих наряду с увеличением скорости съема металла стабильное качество как обработанной поверхности, так и срезанной стружки и возможность использования ее в шихту. Повышение скорости съема металла, резкое увеличение сечения срезаемой стружки, ввдвигаят проблему управления ее формой и размерами, особенно актуальную для условий автоматизированного производства. Решение этих вопросов на протяжении ряда лет занимало внимание многих отечественных и зарубежных

ученых, установлены основные факторы, способствующие дроблению струкки в процессе резания, однако информационная база по струяколоманию а процессе чернового резания находится в стадии начального формирования.

Снижение затрат на черновую обработку является важным условием повышения ее эффективности. Выполнение этого условия возможно при оптимизации режимов обработки, основанной на достоверной информации о стойкостних зависимостях и экономических взаимосвязях процесса обработки. Однако анализ литературных данных показывает, что в большинстве случаев соответствующие стойкостные зависимости получены без учета способа производства заготовок, состояния их поверхностного слоя, а в некоторых случаях - и группы прочности обрабатываемых сплавов.

ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

На этапе прогнозирования выбор рациональных катодов черновой обработки производился на основе комплексного анализа технико-экономической эффективности альтернативных вариантов формообразования заготовок, п которых черновая механическая обработка являлась органической частью всего процесса. В связи с отсутствием надежной нормативной баги эта часть работ выполнялась с использованием экспертных методов теории принятия оптимальных релений.

На этапе разработки .процессов черновой обработки для различных видов заготовок и их оптимизации в качестве целевой функции (Ц?) были принята приведенные затраты. Оптимизируемыми параметрами являлись производительность и себестоимость. Переменны?.?;! параметрами бцЛи / , 5, t. Для получения зависимостей ограничений, накладываемых на переменные и их функции был выполнен больцой объем теоретических и экспериментальных исследований, включавших в себя параметры, связанные с напряжениями и деформациями в процессе резания, с износом и стойкостью инструмента, качеством обработки.

В качестве, обрабатываемого материала использовались слитки и деформированные полуфабрикаты: слябы, кованые и катаные

валы, штампованные и кованые диски, кольца из серийных титановых сплавов - представителей четырех групп прочности, согласно общепринятой в металловедении титановых сплавов классификации. Физико-механические свойства, химсостав этих сплавов, закономерности структурных изменений при различных условиях их термообработки соответствовали стандартам.

Был принят следующий порядок выполнения экспериментальных исследований:

1. Изучение характера пластической деформеции и разрушения обрабатываемого материала в процессе механических испытаний и в процессе резания. Механические испытания производили при сжатии образцов в режиме статической С ¿1 с"1 )

и динамической {¿^1,1-¡0^С'1 ) скоростей нагрукения в условиях нагрева и охлаждения образцов в диапазоне температур (-196 4 600)'С. Характер напряженно-деформированного состояния в процессе резания изучался при строгании образцов с использованием метода координатных соток. Изучалась усадка стружки, угол условной плоскости сдвига в зависимости от физико-механических свойств обрабатываемого слоя и режимов резания, в том числе - при воздействии на обрабатываемый материал искусственного нагрева и низкотемпературного охлаждения (-195° + 600)°С, Расчет параметров напряженно-деформированного состояния производился на основе имеющихся решений плоской задачи пластичности при свободном "прямоугольном резания."

2. Определенно силовых и температурных параметров процес са резания при точении выполнялось на токарном станке модели РТ165, оборудованным теристорнш электроприводом для бесступенчатого регулирования скорости резания» специальным трех-компонентным динамометром, высокочастотной установкой для обработки с нагревом, вибросуппортом и устройством для измерения температуры резания методом естественной термопары. Расчет средних значений сил и контактных нагрузок на передней поверхности инструмента выполнялся методом экстраполяция сил резания на нулевую толщину срезаемого слоя.

Силы резания при фрезеровании поверхностей вращения изучались с помощью однозубой фрезы с резцоы-динамомгтром на специально созданной установке для фрезерования кольцевых заготовок, оснащенной карусельным столом Д=1000 мм и фрезер-

ным модулем (М = 40 квт].

Для определения суммарных значений сил, действующих на фрезу, выполнялся теоретический расчет изменения параметров срезаемого слоя при повороте зуба фрезы и их влияния на составляющие силы резания.

3. Изучение влияния условий резания на характер износа режущего инструмента выполнялось методами моделирования на установках для истирания контактирующей пары, на специальной, маятниковой установке для изучения силы адгезионного взаимодействия стружки с резцом и путем изучения износа как функции времени резания непосредственно при обработке реальных заготовок на металлорежущих станках.

В качестве показателей износа использовались приведенный износ, интенсивность износа и линейный износ.

Изучалось влияьие на износ режимов резания, геометрии режущего инструмента, нагрева и охлаждения зоны резания, в том числе низкотемпературного.

При моделировании адгезионных явлений изучалось влияние параметров резания ^ , , £ , видов твердых покрытий, марок твердых сплавов на величину удельных давлений, коэффициент трения, площадь контакта, прочность схватывания стружки с резцом.

4. Определение стойкостных зависимостей проводилось в производственных условиях. Обрабатывались слитки, кованые, катание валы, диски, кольца, слябы на токарных, токарно-ка-русельных, бесцентрово-токарных и фрезерных станках. Заготовки, отобранные для обработки, контролировались по глубине и твердости дефектного слоя, твердости основного металла, отклонениям формы поверхностей. В качестве инструментального материала использовался сплав ЗК8, который наряду со сплавами этой же группы ВКВТа, ВК12Та, показал при отборочных испытаниях лучшие режущие свойства.

. Полученные ранее зависимости износа инструмента от условий резания позволили составить план проведения стойкостных исследований N = 2^ в наиболее благоприятные для каядой группы заготовок условиях резания-. Критерий затупления определялся исходя из условий безотказной работы инструмента в течении заданного времени :

где ф - табулированная функция Лапласа, - интенсивность изнашивания, ' (Ту - среднеквадратическое отклонение интенсивности

изналшБвния, Ъ - заданный период стойкости.

Принимая Т3 = 20 мин, Р(Т3) «=0,9 решаем уравнение •относительно для титановых сплавов различных классификационных групп прочности.

Достаточное число дублирований опытов П. определялось из условия обеспечения с заданной вероятностью Р максимально допустимого отклонения среднего значения стойкости от истинного. Полученные результаты опытов подвергались статистическому анализу,

5. Управление формой и размерами струнки. Методический подход к решению задачи заключался в разработке классификатора способов стружколомания и стружек, определении основных факторов, влияющих на получение фракций необходимой длины

100. мл) при точении различных классификационных групп заготовок,

ГЛАВА 3. ЭКОШРЖЕНТАЛШО-АНАЖТНЧЕСКОЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЕ УСЛОВИЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕШШОСТИ ЧЕРНОЕОЙ ОБРАБОТКИ

В основу решения этой задачи положена разработка метода выбора рационального способа формообразования заготовок, теоретический анализ усталостной долговечности режугщ твердосплавных пластин, разработка теоретических основ обработки титановых сплавов с нагревом, аналитическое определение характера износа и сил резания как функции угла поворота зуба фреза в условиях чернового фрезерования поверхностей вращения.

I. Задача выбора рационального метода формообразования заготовок на этапе прогнозирования решалась путем системного анализа большого числа показателей, характеризующих весь производственный цикл получения заготовок, включая операции черновой механической обработки. Среди основных показателей -

трудоемкость и стоимость, производительность, КИМ, КВТ, КВГ. Разработана структурная схема решения задачи с использованием метода расстановки приоритетов, основанная на определении обобщенного показателя эффективности каждого из альтернативных вариантов, что позволяло ранжировать эти варианты.

Для определения весовых коэффициентов по каждом!' из показателей использовались нормативные материалы, данные технических отчетов и другие источники. При отсутствии таковых использовались методы экспертных оценок. В связи с отсутствием исходных материалов по технико-экономическим показателям многих методов черновой обработки титановых заготовок (РРои-р'^Сп^ , .Фрезерование"поверхностей вращения валов, дисков, колец и др.) были выполнены производственные испытания этих методов с оценкой их по производительности процесса резания в единицах площади обработанной поверхности Ом = \/-5 Д мм^/мин ) или объема срезанной стружки Цдд = 5 • t} (ммэ/мин^ . В дальнейшем, таким образом, задача выбора метода формообразования заготовок с учетом их черновой обработки рассматривалась как задача получения заготовки заданной точности при условии наибольшей производительности и наименьшей стоимости.

При этом группу рассматриваемых вариантов получения заготовок Хр. .X располагали в рад по степени выраженности ка-

кого либо одного (из многих) критериев ца сравнений р = II' С ¡, ] }(

Строилась матри-

(1 + У, еслиХоХм

_ J 1,оу еспи Yü=Xu-r ) i-y^MuXi< где y=((K-l)/{K+1 У JWS/СГ) fiwax^!Kl min

С-н) а

р_ Сг1; ¡г

Сп1;Спг;--Спп

где у,П.

ГО - число сравниваемых вариантов . Определялась итерированная значимость вариантов первого порядка, как сумма значений критериев данного способа

П.

На второй итерации за значимость варианта принималась итерированная значимость первого порядка.

&(<?)=! СсУ-СЦЬ)

В качестве окончательных значений приоритетов принимались их нормированные значения

Ш'Щ/кЩ)

Для решения этой задачи с помощью ЭВ.Ч составлена программа.

2. Теоретический анализ усталостной долговечности режущих твердосплавных пластин, работающих в условиях тяжелых циклических нагрузок ( N =5x10^ + 9x10^ циклов при Т=15+20даЧ] ;>'..' _ содержал несколько этапов. Условия нагружения режущих пластин определялись обработкой осциллограмм и приведениям параметров внешней нагрузки к симметричному циклу. Зависимость напряженного состояния режущих пластин от условий нагружения определялась с использованием метода фотоупругости. Расчет напряжений выполнялся по разности касательных напряжений. Переход от модели к натуре - с помощью масштабных коэффициентов. В качестве расчетной схемы усталосдой долговечности была принята "модель суммирования усталостных разрушений в зоне, равноудаленной от режущих кромок пластин, в основе которой положено правило ¿Зайнера; разрушение происходит после П2,...,ПК циклов соответствующих напряжений б^,,... если сумма отдельных яовреждений равна единице:

I

¿V N1 1 .

В соответствие с принятой моделью суммирования усталостных разрушений ( 0с£бШ±т .

¿ ыг*-} н^ъ

^ Спок

* '/ б~

3"/>н/> бгтйХ

где 0 (Г) - доля усталостного поверхдения,

^ (Г ) - доля усталостного повреждения на единицу времени,

Не - число циклов на осциллограмме за ед.времени, Т - время непрерывного резания, Ор - степень комулятивного повреладзния £й'р =0,71 + 1,49),

Мо- базовое число циклов предела усталости, 171 - коэффициент, учитывающий угол наклона кривой ^ усталости,

_ предел усталости. С учетом того, что С\~ ^Ц/С^Т- доля усталостного повреждения, в единицу времени , & 0- ( О (Т) (}Т или

(а(Г)ц / ~ - уравнение условия разрушения.

£ Полученные результаты указывают пути совершенствования режущего инструмента: сокращение числа реяущих кромок, снижение величины критерия затупления, оптимизация фор;.м и размеров пластины.

3. Определены теоретические основы черновой обработки титановых сплавов с нагревом. Показано, что повышение толщины ■среза при обработке с нагревом осуществляется за счет снижения сопротивления обрабатываемого материала сдвигу в зоне условной плоскости сдвига. При этом условием работоспособности режущего инструмента при любой,практически осуществляемой • толщине среза,является известное (Т.Н.Лоладзе) выражение:

Тр ^ 0,^23 (5Ги

где б"«. - предел прочности инструментального материала на сдвиг в реальных температурных условиях контакта. Температурные зависимости Тр получены автором при испытаниях обрабатываемого материала на сжатие,

Наиболее благоприятными для процесса резания температурными условиями являются условия, соответствующие максимальному значению коэффициента запаса пластической прочности инструмента п"

Исходя из известных из теории пластичности соотношений

Т г И^к' получаем 6

6 &

Пользуясь полученными соотношениями для IX. н (.р можно определить оптимальную, по условиям прочности инструмента, температуру нагрева для каждой группы титановых сплавов.

Ограничением максимальных значений температуры нагрева является возрастание химической активности сплавов и связанные с этим неблагоприятные изменения структуры обработанного материала и срезаемой стружки при температуре, превышающей 500°С. Исходя из этого область рациональных сочетаний режима резания и нагрева определялось с учетом ограничений, накладываемых прочностью инструмента и условиями окисления металла.

Условия получения неокисленной стружки при обработке с индукционным нагревом заготовок до 500°С определялись'из расчета

=$500'с (1)

где 9о?- общая температура стружки,

0«/ - средняя, по объему, температура стружки без учета

нагрева заготовки, ■ дополнительная температура, связанная с нагретом

заготовки до 500°С.

Располагая данными по мощности тепловых потоков, их форме и размерам, на основании имеющихся решений для 0-д' и (Д.К.Исгер, Н.И.Резников, П.И.Бобрик) , определ::.: режимы обработки, соответствующие условиям (4)

Получение уравнения для определения температуры в любой точке плоской крупной заготовки при фрезеровании с индукцион-■ нда нагревом осуществлялось в несколько этапов:

а) Получение уравнения для случая линейного, непрерывно

действующего теплового источника, перемещающегося со скоростью см/с, дающего температуру в точке ( У , Я ):

где Кв(ц)~ условное обозначение специальной функции, графическое представление которой имеется (П.И,Бобрик).

б) Повышение температуры от тепла, выделяющегося по полосе шириной с/{/» составит: __

^.«'(•^ЗЧЧЛу/мФ

Интегрируя по всей ширине площадки, получим': Í

о г О . . С // .. U .1 , с

н

в) После замен: = А/; Д/> J-A/'; í/-

применяя фиктивные отраженные источники и обозначив интеграл в формуле через D получили окончательную формулу, выраженную в безразмерных критериях:-

При фрезеровании титановых сплавов 3,4 групп прочности с нагревом принимаем 5 < 0,2 см/с. Длина индуктора и величина у = 2+3 см. Принимая Cía = 0,05

cmS/c, получаем 0¿N Для расчета 0 в любой точке достаточно, задаваясь Я , оп-' ределить d , затем п > d , Ы и — определить значение

э. t

Анализ полученных результатов позволяет отметить, что характер распределения температуры по глубине сильно зависит от критерия М . При значениях 0,05<t]< б, характерных для чер-к-вой обработки титановых сплавов, заготовка прогревается на глубину 7+15 мм, что не оказывает вредного влияния на структу-' ру_ обработанного металла, поскольку не превышает величину срезаемого припуска.

-Í. Определены мгновенные значения толщины срезаемого слоя на вершине режущего зуба, при фрезеровании поверхностей вращения: 1 -. д

а, -->£ ■ Sm о Sin <fp

и в точке 0(2 , определяющей шиоину срезаемого слоят

где ^ йсрф,+<ь)/г. '

После расчета значений параметров срезаемого слоя в зависимости от угла поворота зуба фрезы & получено выражение для определения сил резания, как функции угла поворота зуба фрезы:

И * (V (¿ме-яц {?**пе

<о

Аналогичные выражения получены для'Ру и Рх. _

ГЛАВА 4. ЭКСЯЕРХЕПТАЛШОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ФАКТОРОВ, ОГРАНИЧИВАЮЩИХ .¡ЩШШНСЕ ЗНАЧЕНИЕ РЕШОВ РЕЗАНИЯ

I. При испытании образцов на,сжатие найдены значения параметров, необходимых для теоретического.определения напряжения сдвига Тр по формуле А.М.Розенберга и А.Н.Еремина:

По -Ег1 V , р

где Со - условный предел текучести, .НДг,

По - показатель политропы напряжений, характеризующих

влияние деформации материала на его упрочнение, £ - относительный сдвиг. " .

' 2. 3 условиях прямоугольного свободного резания установлено влияние микротвердости и структуры обрабатываемого материала на интенсивность пластических деформаций.,Получены зависимости параметров процесса резания от условий обработки, в том числе - силы резания, удельного давления, площади пластического контакта и усадки'стружки. Отмечено, что'при глубине резания, меньшей толщины дефектного слоя, элементы стружки мало деформированы. По мере перехода к основному металлу повышается сплошность стружки и ее усадка,'уменьшается угол сдвига, иятенсиг.ность деформации увеличивается.

Определены температурные зависимости параметров процесса пластической деформации при резании основного материала. Показано, что нзмекеш'е температуры обрабатываемых образцов

1В\ ,

сопровождалось перераспределением величины истинных деформаций сжатия, растяжения и сдвига. Влияние температурного' фактора на величину истинных деформаций, например, для сплава СТ4, характеризуют отношения:

ехш[-18о>с] 1,1 е^птш'с"'

а соотношение скоростей деформации составило:

èi (-iso"с) ■ il (ôoo'cj '

Установлены зависимости интенсивности напряжений SÎ. и интенсивности деформаций Qi от температуры испытаний в диапазоне температур -180 600°С. На основании полученных закономерностей распределения Si. и Si была определена работа деформаций vV^J^-c/^ . Показано, что соотнопение удельных работ деформаций при температуре -180°С; 20°С; 600°С составляло 0,78:1,0:1,15.

Сопоставление полученных данных показало, что низкотемпературное охлаждение образцов способствует снижению удельной работы деформации, а нагрев - уменьшению удельных давлений (за счет увеличения площади пластического контакта стружки с резцом). Полученные результаты использованы для прогнозирования обрабатываемости заготовок.

3. Выполнены исследования силовых и температурных нагрузок в процессе точения со срезанием стружек крупного сечения.

Получены формулы для расчета температуры резания и составляющих силы резания при точении и фрезеровании для представителей 4-х групп материалов BTI-I, 0Т4, BTô, BT3-I и поправочные коэффициенты, учитывающие влияние износа инструмента. Анализ полученных результатов показал, что с износом инструмента составляющие ?у и Рх интенсивно возрастают и при значениях h2,5 мм могут превышать Рд . Существенный рост составляющих силы резания и изменение их соотношения приводит к увеличению значения равнодействующих R и неблагоприятно^ изменениюЧугла ее действия, что," в конечном итоге, приводит к ухудшению условий нагружения системы СПИД.

4. Исследованы температурно-силовые характеристики процесса чернового фрезерования поверхностей вращения. В том

"исле получаны значения составляющих силы резания, действующих на различных, ю шрине .реющей кромки участках.

1.На участке поверхностного слоя, г- ЧЛЪ 1М .

Ря= «м-а*", в«®. И* ' (й1 Ру (н1

2. На участ те основного .материала ¿Ъ—} 05 мм

Ря = 1833 • а"'8 Т'*9 • ' (н/ - .

Рх- 5й5 («)

5, Установлены закономерности износа режущего инструмента. Получены результаты истирания пары ВК8-ВКЗ-1 на модулирующей установке в зависимости от скорости скольжения )/ , температуры нагрева заготовки титановых сплавов Т", удельного давления Р . ,

Величина приведенного износа составляла:

Пои истирании по основному металл!'

При истирании по корке - ^ (I ¡и \

° \ HVol

где Н/в ) Я ¡/К ~ твердость основного, материала и корки.

Получены закономерности изменения приведенного износа при точении заготовок, в зависимости от глубины, подачи и скорости резания. Показано, что износ резко возрастает при глубине резания, меньшей толщины дефектного слоя и стабилизируется при глубине резания, превышающей ез.

КриЕыс зависимости приведенного износа от подачи скорости резанич, геометрически* параметров резца, имеют четко выраженный экстремальный характер.

".¿инг.мальниэ значения приведенного износа соответствовали режимам обработки, геометрическим параметрам инструмента, создающим наиболее благоприятные по износостойкости, условия резсния.

Влитагде нагрева яаготиь^к на износ инструмента определяется изменением соотношения твердости инструментального и обрабатываемого материалов, которое вносит нагрев заготовок, а так же благоприятным характером распределения тепла по глубине заготовки (при высокочастотном индукционном нагреве). Сделан вывод о том, что нагрев заготовок до 500°С позволяет снизить износ в 1,2-1,5 раза, а область его использования - обработка высокопрочных сплавов (4 группа прочности).

Изучено влияние на линейный износ охлеждения зоны резания, в том числе, низкотемпературными состава».!« (жидкий азот (-19б°С)), (углекислота <-70°С), антифриз (~40°С), водная СОЯ (2°С), сжатый воздух). Лучшие результаты получены при охлаждении водными СОК при температуре +2°С. Несколько менее эффективно снижает износ охлачздение сжатым воз,духом. Низкотемпературное охлаждение жидким азотом, снижая температуру резания, заметного влияния на интенсивность Износа не оказывало.

6. Исследованы зависимости прочности адгезионных связей стружки с резцом, площади контакта и удельных давлений от параметров режима резания V , -S , t , геометрии реяущего инструмента, продолжительности контакта, температуры предварительного нагрева заготовки, а так же эффективность использования различных СОН и твердых покрытий рабочих поверхностей резца.

Показано, что абсолютное значение силы схватывания возрастало пропорционально росту площади контакта. Снижение величины переднего угла до значений If = -10° и более повышало силу адгезионного схватывания. При срезании поверхностного слоя (корки) сила адгезионного схватывания резко уменьшалась по |.:эрэ перехода от основного металла к корке. При температура нагрева заготовок до 500о4б00иС прочность адгезионной связи снижалась до 4 раз от первоначальной (20°С), а теш роста температуры резания снижался. Отмечено, что отдельные виды грэрдьгх покрытий, например, никель-фосфорное покрытие, спо-оСны резко (до 5 раз) снизить силу адгезионной связи струж-а-резец.

7. Найдены максимальные значения режимов резаная, сбеспе-гавающие получение дробленой стружки в процессе резания спла-10в всех 4-х групп прочности. Наиболее надежное стружколомание ароисхоцило при работе до //>, i 2 ш резцами с накладными

стружколомателями и передней поверхностью резца, определяемой параметры»! С' )"-}

где ¥ - угол наклона стружколомшощего порожка, £ - расстояние от него до режущей кромки, f - величина упрочняющей фаски.

8, .Стойкостные исследования. Получены математические модели, связывающие стойкость инструмента с основными параметрами, режимов резания, с учетом способов формообразования заготовок, группы прочности сплавов, методов обработки.

Например, точение слитков резцами сборной конструкции, ¡1$:<2,5г1М1 5т- охлаждение - воздух. Станок

мод 165.

1 группа прочности — /1Щдо ,

Ф60^ом/мин; /о1 ' ГЦЧ

2 группа прочности -г 798_ ,

3 группа прочности Т ~„ 364_ , 1

^гогШ/тн-^ " 11

4 гоуппа прочности Т -—^ __ /м„ь 1

V--е-го'м/тя- 1 И)

ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ЧЕРНОВОГО ТОЧЕНИЯ ЗАГОТОВОК

Работа выполнялась в направлении освоения рациональных способов обработки заготовок,специального режущего инструмента и оборудования для их реализации, разработки режимов резания, метода их интенсификации и оптимизации процесса резания по параметрам производительности и стоимости.

I. На основе разработанных специальных многогранных роауцих твердосплавных пластин для тяжелого резания создана гамма конструкций сборного инструмента, позволяющая:

Значительно повысить отойкость при работе в условиях экстремальных нагрузок неравномерного характера за счет: — выбора рациональной фориы и размеров режущих пластин по критериям усталостной долговечности.

- возможности использования реасущих пластин с заранее созданными характеристиками, такими как форма передней поверхности и геометрия режущей части, обеспечивающие снижение' выкрашиваний, сколов в процессе резания, получение дробленой стружки.

Существенно снизить расход твердого сплава за счет переточки и многократного использования сменных режущих пластин пу-* тем применения специальных вставок и принятой системы их базирования в державке резца.

Снизить вспомогательное время за счет смены изношенных пластин без снятия корпуса инструмента со стачка.

Уменьшить затраты на восстановление режущего инструмента.

II. Разработаны специальные многорезцовый режущие головки для обработки катаных заготовок на бесцентрово-токарных станках, обеспечивающие многократное увеличение производительности за счет повышения суммарного сечения среза и надежное дробление стружки в процессе резания.

Разработаны специальные резцовые головки с плавающими резцовыми блоками, позволяющие срезать равномерный припуск при обработке заготовок с повышенными отклонениями их геометрической формы.

III. Определены оптимальные условия чернового точения с нагревом заготовок.

Найдена область рациональных сочетаний режимов нагрева и режимов резания из условий увеличения в 2-4 раза скорости съема стружки при обеспечении заданного качества обработан- • ного металла и струкки.

Определены рациональные условия использования технологического тепла при точении слитков, поковок.

Разработана лабораторная установка для точения крупных заготовок с индукционным нагревом. Выполнен комплекс исследований по определении оптимальной геометрии режущего инструмента, зависимостям его скорости от режимов резания.

Разработаны установки для локального электроконтактного нагрева заготовок при точении на центровых и бесцентрово-токарных станках.

IV. С цель» повышения эффективности процесса резания,

с учетом экономических показателей процесса и вняменьгдогра-

ничений, накладываемых обрабатываемым металлом, инструментом я оборудованием, разработана математическая модель процесса точения, выполнен расчет технических ограничений и найдены оптимальные режимы обработки для вариантов точения валов с прямыми и обратный срезами по критериям наибольшей производительности и наименьших приведенных затрат.

У. Выполнен сравнительный расчет эффективности обработки кольцевых заготовок методами точения и фрезерования. В качестве (И.5.) были приняты приведенные затраты. Показано, что применение способа фрезерования поверхностей вращения кованых заготовок взамен точения является одним из наиболее эффективных путей повышения производительности и снижения стоимости обработки.

Одновременно решается,проблема получения транспортабельной стружки, удобной для дальнейшей ее переработки и использования в пихту.

ГЛАВА б. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА Т0ЩЕВ0Г0 ФРЕЗЕРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ВРАЩЕНИЯ ЗАГОТОВОК

В настоящее время накоплен значительный материал, освещающий теоретические основы применения метода фрезерования тел вращения в различных областях машиностроения.(А.И,Каши-рин, М.Е.Юхвид, А.О.Этин, Э.Л.Мархасин, А.А.Петросянц, Л.Н.Коган, Г Л.Шейнин, В.П.Аксенов, Э.Р.Рыжов, В.С.Полехин, А.Я.Кот-ляров, Ю.В.Иванов и др.). Многие зарубежные станкостроительные фирмы оснащают металлорежущие станки дополнительны?,! фрезерным суппортом для фрезерования поверхностей вращения. Особенно перспективен данный метод при черновой обработке крупных заготовок из труднообрабатываемых сплавов. Как показано в исследованиях ряда авторов (А.О.Этин, З.В.Рыков, В.С.Полехин и др.) преимущества этого метода могут быть многократно увеличены (в 5+7 раз) при условии оптимизации процесса фрезерования. Ниже приведены результаты работы в этом направлении, выполненные в реферируемой работе при обработке заготовок типа патов я колец.

I. Найдены оптимальные кинематические схемы срезания припуска при обработке заготовок типа валов и колец, обеспечивающие наибольшую длину контакта режущей части фрезы с заготовкой, концентрацию режущих элементов с максимальным съемом ме-24

тялла, при учете ограничений, накладываемых качеством обработанных поверхностей.

2. Разработано ¿экспериманталыюг обирудоиаме дл>* фрезерования поверхностей вращения длш'слк-г.н|и юалои 0 60 + 200мм и заготовок типа нолец, дю!.'.етр'о;'. сазее 1000 »дм. Установки отличались высокой йсзросгыа ^релс-рин.« голоног. (//> 40 кот), жесткостью ОВД, безлюргоиым прииодом вр;лдашн заготовок и точностью их кругоьоЛ п-хрии; Усс&ююи для .'^езерояания валов, кроме того, была ослацена гидизпдичееким следящим люнетом, обеспечивэвлим, при |*резе{х;8АМии длинномерных валов

(0 140 мм I- = 1,6 м) зтг.бильность положения оси заготовки. При нагрузкнх 2Ь г 30 к!) величина смешения оси составляла не более 25 мкм. ,

3. Разррб>УШ1а упк^ицироиаяньгс сборных твердосплавных фрез для т*м>лого рсэп-гач на основе подбора режущих твердосплавных пластин по гр'/гери.ь!! ус гадостной долговечности, разработгаяшм ь рхщьяо 3." дыагоЯ работы. Определены рациональные кои'"Г1лм;'гнрр»с л 4-£?;»г1г,яческив параметры фрез, обос-печившцке шлчсгшссть 'мрюв-.й обработки при » 0,7 мм/зуб.

4. Изучены ос »'¡енккггги лэноса режущего инструмента, характер обр:оукж;еПс>» струки, получен» стойкостные-зависимости в широком диапазоне режимов резания. Показано,'что в условиях фрезерования поверхностей врицения приведенный износ инструмента по сравнению с плоски:.! фрезерованием при аналогичных условиях (но объему г^езашой стружки) снижается в связи с благоприятными уело п. входа и выхода фрезы.

5. Выполнено г-;: литическое определение силовых параметров процесса резг'И"-., расчет ограничений режимов резания, установлена пзаимоенчзь режимов обработки с экономическими показателями процесса резания. На основе полученных данных составлена таблица оптимальных значений режимов резания для представителей заготовок 4-х групп прочности и разработан алгоритм их распет а.

ГЛАВА 7. ТЕХ4ИШ-Э;Ш0:,МЧЕШЕ ПОКАЗАТЕЛИ ВНЕДРЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ЕЕ РАЗВИТИЯ

Реферируемая диссертация связана,с выполнением координационных планов научно-исследовательских и опытно-конструктор-окик работ министерства авиационной промышленности, научно-

исследовательского института двигателестроения (НЩЦ), МПУ им. Н.Э.Баумана, выполненных совместно с Верхне-Салдинским производственным объединением "Металлообрабатывающий завод", Чебаркульским и Ступинским металлургическими заводами и рядом других предприятий авиационной отрасли, энергомашиностроения и тяжелого машиностроения.

Основная часть работы по внедрению выполнялась в соответствии с планами комплексной целевой темы №929 "Исследование, разработка технологии и оборудования, организация специализированных участков и цехов, освоение процессов механической обработки заготовок деталей двигателей в условиях металлургических заводов авиационной отрасли" (приказ министра А.П. от II.02.72 № 43, приказ по НИАТ от И.04.72 № 90, Мероприятия по ВСЫОЗ, утвержденные министром 24.02.70. Руководитель работы А.И.Созинов). Данная работа была направлена на разработку методов и средств, обеспечивающих полный цикл черновой обработки заготовок непосредственно на металлургических предприятиях, снижение трудоемкости обработки, повышение ее производительности, повышение выхода годного, снижения расхода твердого сплава и повышения уровня механизации операций иэхени- -ческой обработки.

В соответствии с координационными планами совместных работ с участием автора, была разработана необходимая нормативно-техническая документация, выполнены ОКР, изготовлено необходимое оборудование, рекущий инструмент и внедрены:

1. На'Верхнесалцинском производственном объединении '"'гталло-обр&батьгвахщий завод": ■-

- механизированная линия ТСД-1 по обработке заготовок лопаток;

- механизированная линия по обработка слитков с индукционным нагревом заготовок;

- кеханизировадная линия по фрезерованию слябоз, в том числе - с индукцисннн-ч нагревом заготовок;

- специализированные токарно-карусельные станки мод. ИС-522 для обточки заготовок дисков;

- прэгрсссишшй рс^утякструваиг, средства охлаждения зоны рс-зания, оптимзльние режюы резания.

2. На Ступинском металлургическом комбинате внедрена механи-зировекхая линия по изготовлений образцов из трудао обрабаты-

ваемых сплавов для металлографических исследований.

3. На Чебаркульском металлургическом заводе, Калужском моторостроительном объединении и на ряде других предприятий разработаны технические зачания на организацию заготовительных цехов по механической обработке труднообрабатываемых сплавов, внедрен специальный режущий инструмент для обработки заготовок дисков, валов,, повышен технический уровень использования станков с ЧПУ в заготовительном производстве,

4. Разработан экспериментальный образец специального карусель-но-фрезерного станка для фрезерования поверхностей вращения крупных кольцевых заготовок. Разработаны технические задания для Ульяновского ГСКБ тяжелых фрезерных станков на разработку гаммы специальных карусельно-фрезерных станков для предприятий энергомашиностроения. Создаваемые станки намечено использовать для высокопроизводительной черновой обработки кольцевых заготовок, вместо используемых в настоящее время для этой цели токарно-карусельных и токарно-лобовых станков.

Уменьшение общих затрат на механическую черновую обработку резанием только за счет совершенствования методов обработки, режущего инструмента и их рациональной эксплуатации по данным предприятий,, составило более 1СЙ. Экономический эффект от внедрения этих мероприятий только по ПО ВСМОЗ составил более 3 млн.руб.

Рост производительности, надежности технологических процессов черновой обработки обусловил возможность организации в условиях заготовительного производства гибких механизиро- • ванных линий с непрерывным потоком операций по изготовлению конечного продукта (например, заготовок лопаток турбин на

по ес:юз).

основннз вывода И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

На базе теоретически и экспериментально полученных закономерностей чернового резания, заготовок из титановых сплавов и экономических взаимосвязей, характеризующих условия их обработки ресена научная проблема повышения производительности процесса чернового резания при обеспечении заданного качества и минимальных затратах.

Выявлены следующие основные направления повышения эффективности черновой обработки:

- металлургическое, связанное с улучшением качества поверхности чпготорок, определяющего физико-экономические свойст-ра, гелнчниу и характер срезаемого припуска;

- кии':мэтнко-телнолог!1ческое, связанное с выбором рационально! .о способа чорнопой обработки и схемы срезания припуска;

- инструментачжо-конструкторское, связанное с разработкой специаи-ноге, пнеокопроизродителыюго режущего инструмента

■ и ебрудоьлнич;

-■оптимизация процесса резания, связанная с установлением со--отноиенич ;м;жчу отдельными критериями, таккыл как производительность и стоимость обработки.

Разработан механиэц реализации предложенных направлении,

с тем числе: . ,

- Предложена мотоцикь,' разработана структурная схема и программа реш«н1!'{ задачи вибора рационального способа формооб-раэорвкич заготовок с учетом их чзрнозой изханичсской обработка, '1';чо'!)ани-пя на определении обобщгнного показателя офТоктиЕ-носги альтернативных вариантов к их реагирования.

- Рчариботан классификатор черновых способов обработки и их срашешв по критерию скорости съема металла при заданных лпра\ытр:-о; качестве, и минимальных затратах, позволяющих осуществить Рыбор оптимальной, для каедого вида заготовок, кп^смгл-кчсской схемы обработки.

- П род л о/с и а. :.й'год1и;а расчета усталостной долговечности мно-глгр«&г«кс >>е.ур{их шестки, пэзвояяэч«я, с минимальными за-т-рат-д.:,¿ирцздяять пути разработки оптимальных, для черно. пиго кэнструктисшх параметров кногогранных релу-

1цях пластин, критериев кх износа ¡5 условий эксплуатации.

- На о<:Н')Г.с рг.:згябота;-:г.цх специальных многогранных тпердо-сшангк рег^цих одасткн для т/йазжого резания соэдсны конструкции сп-зц.и\льного 1-мг«1!Оарл13всдатс.'.ьаогв шегруионта, млег оргзц'^их гокущг.ч голоьок ллл обработки заготовок на гош.^и.:-:, то^'-^мо-коруселыпа, оесц^лгрогю-^ок/штх, стро-

1'5ЛЬНПХ !' 'Урл'Г.Гг.Ы-С С

. - Уьз^гб-г. лки »коперздеитяшкд« обраици о&дедовшк для тоПЧИ» { rr.ro-. а интущис-киш нагревом заготовок, фрезере гдпИ'! поьерлмгг«?:* гч'-готезо;;. РазраЗоткн.'« и пере-

дчл.-: I; пт!^:»¡ость технически аедапкп на специальное .

оборудование для черновой обработки заготовок колец, дисков.

- Разработана методология определения предельных режимов резания, экономически взаимосвязанных е выпжгнием ограничений, накладываемых параметрами обрабатываемых заготовок, физическими параметрами процесса резания, инструментом и оборудованием.

Использование перечисленных путей повышения эффективности черновой обработки основывалось на следующих научных выводах и результатах исследований:

- В условиях динамических испытаний на сжатие образцов обрабатываемого материала получены значения характеристик обрабатываемого материала и параметров пластической деформации, .позволяющие репать проблему аналитического определения напряжений сдвига и силовых параметров процесса резания титановых сплавов.

- Изучен характер пластических деформаций обрабатываемого ма-■ териала в зависимости ст его физико-механический свойств и

условий резания. Получены количественные данные о влиянии условий резания, в том числе с-хем>! срезания припуска,нагрева и низкотемпературного охлаждения, геометрических параметров режущего инструмента,на элементы механики процесса резания, позволяющие прогнозировать наиболее эффективные методы улучшения обрабатываемости.

- Теоретически и экспериментально, с использованием методов . моделирования, определены закономерности силового и температурного нагружен!''' режущего инструмента и его износа в • процессе резания, .■■чученз изменение полей напряжений в ре-пущих пластинах в за; :симости от их износа. Найдены значения его интенсивности я зависимости от режимных параметров процесса резания. Получены зависимости параметров адгезионного взаимодействия стружки с резцом в зависимости от условий резания и найдены методы повышения стойкости инструмента

гзп счет снижения его адгезионного износа.

- Разработаны теоретические основы интенсификации процессов резания путем повышения толщины среза в 2-3 раза за счет разупрочнения обрабатываемого"материала при его нагреве или использовании технологического тепла, при условии обеспечения заданного качества обработанного металла и стружки.

- Разр:л(5отрлт, условия повшения эффективности обточки катаных волос за ечот увеличения подачи в 2-6 раз без превышения кри ричсскор тскфрш срелоеиого слоя при работе резцами с малнми углами п плане ( 'Р-< 6°) при уравновешивании сил резания, и получение дробленой отрукки,. пригодной для использования в шихту.

Оспинка содертание диссертации опубликовано .в работах:

1. Смитов Л.И. Влияние Способов получения заготовок на качество поверхности и структуру припуска' при черновой обработке титановых сплавзвЛШУ (Калужский филиал) .-Калуга,' 1989.-104с.ил. - Библиогр.: В назв. -.Деп. в ШИИШР 1989,

2. Созияов А.И,, Иванов Ю.В. Особенности процесса реза-ии<т поверхностного слоя титановых полуфабрикатов//Груды МВТУ,

- 1903. - «ГКВ. - С.21-06.

3. СЬг/нов А.И., Иванов Ю.В., .Ст^ошков А.Н. Фрезерование ¡'Г:уп;и.Е •?«! порок из труднообрабатываемых сплавов//Станки и инструмент. - 1921. - №2. - С.15-17.

•}. Сезонов А.И., Строшков А.Н. Повышение эффективности щмоаеЛ об^р.бстии заготовок из титановых сплавов. - М.:Ые-таллургкя. - 1550. - 120с.

5. Созшгое А.Н., Лобанов В.М, Выбор оптимальных условий б( сц"нтровогс> точения титановых полуфабрикатов/МВТУ (Калуж-г-пщ ^ичиел). - Калуга 1989, - Пбс.: ил. - Библиогр.: 12 на.-.«/- Деп. в ШШЭЧ? 1939, 1? 10.

5, Сэ.-.ннл* А.У., Котлкров. А.Я., Иванов Ю.В, Определение уг.та'.осно!1, долговечности многогранных режущих пластин при случайном характере внешей нагрузки//Известия ВУЗов. - Ма-гл!10ст1!с»дг.:с, 1934. - 0. - С.152-155.

Соияиср А.'Л., Вивденко 0,Н. Основные закономерности, я»: пюссб •-'ьрноьлге репякпя титановых. сплавов при обработке с н •!'! о:->.-:ч и и:!Г'К1-т«.1Яврэт>^«ыа охлажцениемЛШУ (Калужский •ф-.тол), - ¡{¿луга, 1/53Э. - 103с.: ил. - Библиогр. : 6 назв.

- Леи. е ЕЧи;п:-.р. г?":?,. я е.

¡3, П.И., С-ззннлв А.И. Исследования процесса фро-

•и'г. у ш:гя сплавов с негреРом//Груды НИАТ, 1968. -

9. Иванов Ю.В., Созинов А.И. Особенности износа инструмента при черновой фрезеровании поверхностей вращения заготовок

из титановых сплавов-// Совераенствование.технологических процессов изготовления деталей ыаиин : Тез.докл.Республ.науч.-техн.конф. - Курган, 1991. - С.105-107.

10. Созинов А.И., Годин Н.Л., Лобанов В.М., Строшков А.Н. Механическая обработка литых, кованых, катаных заготовок из титановых сплавов со срезанием стружек крупного сечения//Тру-ды НИАТ, 1971. - » 321. - 50с.

11. Созинов А.И., Лобанов В.М., Яотляров А.Я. Сборные резцы для черновой обработки титановых сплавов//Станки и инструмент. - 1973. - № 5. - С.24-26.

12. Иваиое В.В., Созинов А.И. Физические особенности процесса фрезерования поверхностей вращения заготовок из труднообрабатываемых сплавов/ЖГ/ Калужский филиал . - Калуга, 1989. - 40с.: ил. - Библиография: 6 назв. - Деп. в • ВНИЙТЭМР 27.02.89. - № 68.

13. Созинов А.И., Годин Н.Л. Механическая обработка литых, кованых и катаных заготовок из титановых сплавов со срезанием стружек крупного сечения//Труды НИАТ. - 1971. - № 321. - 50с.

л ..1'ГУ л<. Лауплю юо г-на.