Введение к работе
з
Актуальность. Широкое распространение дорогостоящего металлообрабатывающего оборудования с числовым программным управлением (ЧПУ) влечет за собой резкий рост стоимости станкоминуты и необходимость интенсификации режимов резания. При этом необходимо отметить, что инструмент является, как правило, наиболее слабым звеном в технологической системе. Это обуславливает необходимость повышения эффективности обработки сборным инструментом со сменными твердосплавными пластинами (СТП).
При эксплуатации инструмента, в процессе нагрева физико-механические характеристики инструментальных материалов изменяются. Поэтому исследование влияния этих характеристик на работоспособность СТП сборных инструментов, а также их изменений под действием температур позволит увеличить ресурс работы СТП сборных инструментов. Существует несколько способов определения температуры максимальной работоспособности СТП, однако каждый из них имеют свои недостатки. В процессе резания участвуют помимо режущего инструмента еще и обрабатываемый материал, свойства которого меняются с изменением температуры резания и соответственно оказывают влияние на работоспособность СТП. Поэтому определение температуры максимальной работоспособности СТП является актуальной проблемой.
Целью работы является определение температуры максимальной работоспособности сменных твердосплавных пластин для повышения эффективности сборных инструментов, определяемой по температурным зависимостям физико-механических характеристик инструментальных и обрабатываемых материалов.
Для достижения цели в работе поставлены и решены следующие задачи: 1. Изучить влияние температуры на физико -механические характеристики инструментальных и обрабатываемых материалов.
-
Исследовать взаимосвязь средних длин трещин, возникающих у углов отпечатков при индентировании алмазной пирамидкой и электрической проводимости ИТС, с температурой максимальной работоспособности СТП.
-
Исследовать взаимосвязь коэффициента температурного расширения обрабатываемого материала с температурой максимальной обрабатываемости.
-
Разработать методики определения температуры максимальной работоспособности СТП для повышения эффективности сборных инструментов по температурным зависимостям средних длин трещин, возникающих у углов отпечатков при индентировании алмазной пирамидкой, электрической проводимости и коэффициента температурного расширения ИТС.
-
Разработать алгоритм и программу выбора ИТС по обрабатываемому материалу на основе оптимальной температуры резания, и алгоритм назначения скорости резания, обеспечивающий условия максимальной работоспособности СТП при резании.
Методы исследований. Исследования проводились с использованием фундаментальных положений физики твердого тела, методов экспериментальной механики: влияние температуры на среднюю длину трещин инструментальных твердых сплавов, индентированием СТП алмазной пирамидкой Вик-керса по методике Палмквиста, электрическую проводимость на базе метода «вольтметра-амперметра», с применением новых разработанных установок и приспособлений.
Достоверность обеспечивается использованием фундаментальных теоретических положений физики твердого тела, корректным проведением экспериментальных исследований, не противоречивостью полученных эффектов с ранее известными в данной области. Повышение эффективности сборных инструментов с СТП подтверждено результатами экспериментов и внедрением разработанных методик на производстве.
Научная новизна:
-
Экспериментально установлено, что средняя длина трещин, возникающих у углов отпечатков при индентировании алмазной пирамидкой и электрическая проводимость ИТС, имеют минимальные значения при температуре максимальной работоспособности СТП.
-
Экспериментально установлено, что коэффициент температурного расширения имеет минимальные значения при температуре максимальной обрабатываемости материала.
-
Экспериментально установлено, что максимальная работоспособность СТП обеспечивается путем подбора сочетаний физико-механических характеристик инструментальных и обрабатываемых материалов.
Практическая ценность и реализация результатов исследований:
-
Разработаны методики определения температуры максимальной работоспособности СТП, определяемой минимальными значениями средних длин трещин возникающих у углов отпечатков при индентировании алмазной пирамидкой (патент РФ №2468894) и электрической проводимости ИТС (заявка на патент №201312334 от 21.05.2013) от температуры.
-
Разработана методика определения температуры максимальной обрабатываемости материала, определяемой по зависимости его коэффициента температурного расширения от температуры.
-
Разработан алгоритм и программа выбора ИТС по обрабатываемому материалу на основе оптимальной температуры резания, обеспечивающая условия максимальной работоспособности СТП.
-
Разработан алгоритм назначения скорости резания для обеспечения условия максимальной работоспособности СТП и повышения эффективности обработки сборным инструментом.
-
Разработана экспериментальная установка для определения температуры максимальной работоспособности СТП на основе их электрической проводимости (патент №133764).
Разработанные методики и новые технические решения приняты к внедрению в ОАО «Завод Тюменгазстроймаш», ОАО «Томский Завод Измерительной Аппаратуры».
Результаты исследований используются при подготовке студентов по направлениям: «Технологические машины и оборудование», «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств».
На защиту выносятся:
-
Способ определения температур максимальной работоспособности СТП по минимальным значениям температурной зависимости средних длин трещин возникающих у углов отпечатков при индентировании алмазной пирамидкой (патент РФ №2468894) и электрической проводимости ИТС (заявка на патент №201312334 от 21.05.2013).
-
Способ определения температур максимальной обрабатываемости материала по минимальным значениям температурной зависимости коэффициента температурного расширения.
-
Схема выбора ИТС по обрабатываемому материалу.
Апробация работы и публикации. Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на двух всероссийских научно-практических конференциях «Новые технологии - нефтегазовому региону» (г.Тюмень, 2012, 2013 г.) и на международной научно-технической конференции «Нефть и газ Западной Сибири» (г. Тюмень, 2013 г.). Опубликованы 17 работ, в том числе 3 работы в изданиях, рекомендованных ВАК, и одна монография (в соавторстве).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Объем работы: основной текст содержит 144 страницы, включая 76 рисунков и 20 таблиц; список литературы включает ПО наименований источников.
