Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Модернизация отечественных предприятий машиностроительного профиля и реализация концепции правительства РФ по развитию системы производства компонентной базы для обеспечения промышленной сборки иностранных автомобилей предполагает значительное повышение эффективности производства и обеспечение высокого качества продукции. Одним из наиболее востребованных направлений этой концепции является изготовление отливок из серых чугунов и их последующая механическая обработка на современном оборудовании в РФ.
В настоящее время для обработки серых чугунов используют инструменты из быстрорежущих сталей, твердых сплавов, керамики и сверхтвердых материалов. Особое место в ряду инструментальных материалов занимает керамика на основе нитрида кремния, имеющая благоприятный комплекс физико-механических и теплофизических свойств. Высокие значения твердости, прочности, трещиностоикости и теплостойкости нитриднои керамики, а также имеющийся потенциал улучшения этих свойств позволили создать режущие пластины, многократно увеличивающие производительность операций непрерывного точения и фрезерования чугунов. Однако эти керамические режущие пластины, созданные для определенных условий эксплуатации, не способны эффективно противостоять отказам под действием другого сочетания внешних нагрузок.
Своеобразие комплекса внешних нагрузок, действующего на керамические режущие пластины при прерывистом точении, определяет их особое напряженно-деформированное состояние. В этих условиях происходит интенсивное зарождение и накопление в керамике эксплуатационных дефектов, являющихся первоисточниками трещин. Нестабильный характер силовых и тепловых нагрузок ускоряет развитие трещин, интенсифицирует процессы изнашивания и увеличивает вероятность внезапных отказов режущих пластин.
В связи с этим, разработка режущих пластин из нитриднои керамики, ориентированных на прерывистое точение и способных расширить гамму высокопроизводительных операций при механической обработке отливок из чугунов, является актуальной научно-технической задачей.
Цель работы. Повышение производительности прерывистого точения отливок из серых чугунов на основе разработки режущих пластин из нитриднои керамики.
Методы исследования. Теоретические исследования выполнены с использованием теории резания, теории упругости, теории теплопроводности, теории прочности и разрушения. Экспериментальные исследования выполнены в лабораторных и производственных условиях с использованием известных и усовершенствованных методик, оптической и электронно-сканирующей микроскопии. При исследовании напряженно-деформированного состояния компонентов нитриднои керамики применяли автоматизированную систему термопрочностных расчетов керамических режущих пластин RKS-ST v. 1.0. При обработке результатов экспериментов использовали методы математической статистики. Достоверность научных выводов обеспечена согласованием расчетных и экспериментальных данных.
Научная новизна работы состоит:
в установленных взаимосвязях режимов прерывистого точения, свойств компонентов нитриднои керамики, состава и толщины покрытия, геометрических параметров упрочняющей фаски на лезвии режущих пластин с характером и интенсивностью их отказов;
в полученных зависимостях, связавших внешние нагрузки, свойства компонентов керамики, свойства и толщину покрытия, ширину и угол упрочняющей фаски с температурами и напряжениями в режущих пластинах;
в созданном алгоритме целевого выбора (по критерию минимальных напряжений) компонентов нитриднои керамики, состава и толщины покрытия, ширины и угла упрочняющей фаски на лезвии режущих пластин для прерывистого точения отливок из чугунов;
в построенной модели отказов разработанных режущих пластин РКС32 при прерывистом точении отливок из чугунов и обоснованном критерии их отказов.
Практическая ценность работы заключается в:
разработанных и изготовленных режущих пластинах РКС32 для высокопроизводительного прерывистого точения отливок из серых чугунов;
усовершенствованной методике термопрочностного расчета режущих пластин;
оригинальной форме упрочняющей фаски на лезвии режущей пластины из нитриднои керамики;
технологических рекомендациях по назначению режимов резания
резцами с разработанными режущими пластинами РКС32 в области
применения К20 - КЗО.
Реализация работы. Результаты диссертационной работы предложены для применения на предприятиях машиностроительного профиля и используются в учебном процессе МГТУ «Станкин» при подготовке специалистов по направлению «Машиностроительные технологии и оборудование».
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на всероссийских, международных и республиканских научно-технических конференциях: «Машиностроение -традиции и инновации - МТИ-2010» (Москва, 2010), «Инновации в машиностроении» (Бийск, 2010), «Конструкторско-технологическая информатика - КТИ-05» (Москва, 2005), «Производство, технология, экология -ПРОТЭК-04» (Москва, 2004), «Research and development in mechanical industry -RaDMI» (Serbia and Montenegro, 2003).
Инструменты с разработанными керамическими пластинами награждены бронзовой медалью на Международной выставке изобретателей (Китай, 2004).
В полном объеме диссертация заслушана и одобрена на совместном заседании кафедр «Технологическое проектирование», «Инструментальная техника и технология формообразования» и «Технология машиностроения» ГОУ ВПО МГТУ «Станкин».
Публикации. По результатам исследований опубликовано 8 работ, в том числе три статьи в журналах, входящих в перечень ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы (137 наименований) и приложения. Работа изложена на 145 страницах, содержит 69 рисунков и 17 таблиц.
