Введение к работе
Актуальность темы. Повышение эффективности и развитие металлообрабатывающего производства возможно на основе всемерной интенсификации работы оборудования, внедрения прогрессивных технологических процессов, автоматизации и механизации на базе использования новейших достижений науки и техники.
Решение этих задач в металлообработке требует создания и внедрения высокопроизводительного режущего инструмента, обладающего повышенными эксплуатационными свойствами, имеющего высокую надежность и долговечность.
Всегда были и остаются весьма актуальными задачи, связанные с разработкой новых инструментальных материалов с высокими технологическими параметрами, с созданием и внедрением высокоэффективных методов упрочнения, позволяющих существенно увеличить стойкость режущих инструментов. Большой вклад в исследование износостойкости и прочности режущих инструментов внесли ученые: Зорев Н. Н., Лоладзе Т. Н., Третьяков В. И., Хает Г. Л., Креймер Г. С, Киффер Р., Резников А. Н., Пол етика М. Ф., Бетанели А. П., Рышкин А. А., Клушин М. И., Кабалдин Ю. Г., Кретинин О. В. и др. С целью снижения инструментальных расходов весьма целесообразным является применение таких методов упрочнения, которые позволили бы изменить физико-механические свойства инструментального материала по всему объему, повышая общую долговечность режущего инструмента.
Таким образом, применение прогрессивных методов упрочняющей обработки, в том числе и импульсного лазерного упрочнения (ИЛО), и внедрения их в практику металлообрабатывающих процессов приведет к более экономному расходованию дорогостоящих, дефицитных твердосплавных инструментальных материалов, позволит значительно повысить производительность труда, снизить расходы на производство и эксплуатацию инструмента и, тем самым, обеспечить выпуск высококачественной продукции.
Особо актуальной эта задача является для твердосплавных режущих инструментов. Как известно, твердые сплавы обладают, с одной стороны, высокой теплостойкостью, что позволяет режущим инструментам работать при высоких скоростях резания. С другой стороны, твердые сплавы имеют низкую прочность на изгиб, что ограничивает их возможность работать на черновых, обдирочных операциях, где инструмент испытывает ударное воздействие корки, образовавшейся при получении заготовки методами литья или ковки, абразивной пыли, неравномерности припуска и т. д.
Решению вышеперечисленных задач посвящена данная диссертация. Цель работы. Целью работы является повышение эксплуатационного ресурса, надежности, прочности и износостойкости твердосплавного режущего инструмента за счет импульсной лазерной обработки твердых сплавов.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Результаты исследования износостойкости твердосплавных режущих
инструментов, прошедших импульсную лазерную обработку.
2. Анализ влияния импульсной лазерной обработки на
работоспособность твердосплавных режущих инструментов при черновой
обработке при помощи методов моделирования процесса резания.
Результаты, полученные при помощи рентгеноструктурного анализа образцов из твердого сплава.
Анализ работоспособности твердосплавных режущих инструментов, прошедших импульсную лазерную обработку, в производственных условиях.
Научная новизна:
Доказана принципиальная возможность объемного упрочнения твердосплавного режущего инструмента импульсной лазерной обработкой, что подтверждено прямыми испытаниями при резании и результатами рентгеноструктурного анализа.
Установлено, что главными параметрами, которые управляют упрочнением, являются плотность мощности облучения и топологические характеристики пятна облучения на режущей пластине.
Установлены зависимости, позволяющие оптимизировать процесс объемного лазерного упрочнения твердосплавного режущего инструмента.
Определен диапазон режимов резания и свойств инструментального материала, позволяющий эффективно применять объемное лазерное упрочнение для достижения наивысшей производительности при наименьшей себестоимости и инструментальных расходах.
Практическая ценность:
1. Разработан метод объемного упрочнения твердосплавного режущего
инструмента, позволяющий повысить его стойкость.
2. Доказано значительное повышение эксплуатационного ресурса,
надежности и износостойкости твердосплавного режущего инструмента,
упрочненного ИЛО.
Создана методика определения оптимальной величины расстояния от главной режущей кромки до места облучения в зависимости от геометрических параметров инструмента.
Оптимизированы режимы резания для упрочненных ИЛО режущих инструментов по производительности обработки, себестоимости операции и инструментальным расходам.
5. Разработана статистическая модель, позволяющая определить
производительность механообработки в зависимости от свойств
инструментального материала и параметров лазерной обработки.
6. Организован участок по упрочнению твердосплавных резцов на
производственных площадях ОАО «Ставропольский завод поршневых
колец-«СТАПРИ».
Реализация результатов работы. Результаты работы практически использовались на Ковровском заводе им Дегтярева, Ставропольском заводе автоприцепов, Ставропольском заводе поршневых колец.
Апробация работы. Основные результаты исследований были доложены на Международной конференции «Новые технологии управления движением технических объектов» (г. Ставрополь, 1999 г.), XXX научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов Сев-Кав ГТУ (г. Ставрополь, 1999 г.), XXXI научно-технической конференции Сев-Кав ГТУ (г. Ставрополь, 2001 г.), II научной конференции Сев-Кав ГТИ (г. Ставрополь, 2002 г.), III научной конференции. Сев-КавГТИ (г. Ставрополь, 2003 г.), XXXII научно-технической конференции Сев-КавГТУ (г. Ставрополь, 2003 г.), XVII региональной научно-технической конференции «Вузовская наука - Северо-Кавказскому региону» (г. Ставрополь, 2003 г.), IX региональной научно-технической конференции «Вузовская наука - Северо-Кавказскому региону» (г. Ставрополь, 2005 г.), XXXVII научно-технической конференции Сев-КавГТУ (г. Ставрополь, 2008 г.), I международной научно-практической конференции «Современная наука: теория и практика» (г. Ставрополь, 2010 г.).
Публикации по теме диссертации. Опубликовано 26 работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, списка литературы из 152 наименований и приложений. Диссертация изложена на 159 страницах, содержит 56 рисунков, 13 таблиц, библиографический список на 14 страницах, приложения на 8 страницах.
