Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Развитие промышленного потенциала России неразрывно связано с модернизацией предприятий машиностроительного профиля. Их технологическое перевооружение предполагает значительное повышение эффективности производства на основе разработки и внедрения современных процессов. Новые технологии особенно востребованы для изготовления гидросистем двигателей, в состав которых входят топливные насосы высокого давления. Качество их изготовления во многом определяет экономичность и долговечность двигателей.
Наиболее трудоемкой и ответственной операцией при изготовлении топливных насосов высокого давления является прорезка малоразмерных канавок под уплотнители на втулках плунжеров. В отдельных случаях технологический процесс изготовления этих деталей включает более двадцати операций шлифования канавок в термообработанных заготовках, имеющих предварительно прорезанные канавки. Трудоемкость выполнения этих операций превышает 70% общего машинного времени. Поэтому разработка более производительных методов прорезки канавок в деталях из закаленных сталей без снижения их качества имеет важное производственное значение.
Одним из вариантов решения этой задачи является применение резцов, оснащенных керамическими режущими пластинами. Эти инструменты способны многократно увеличить производительность чистовых операций обработки закаленных сталей, которые характеризуются достаточно простой схемой нагружения контактных площадок инструментов. Однако при прорезке канавок генерируется сложный комплекс внешних нагрузок, который формирует в керамических пластинах неблагоприятное напряженно-деформированное состояние. Под действием этих напряжений резко увеличивается вероятность зарождения эксплуатационных дефектов, роста трещин, износа режущих пластин и внезапных отказов канавочных резцов. Это обстоятельство сдерживает широкое применение такого инструмента в условиях высокого уровня производственных требований.
В связи с этим, разработка канавочных резцов с керамическими режущими пластинами для обработки деталей из закаленных сталей, способных обеспечить замену операции шлифования на точение с многократным повышением производительности, является актуальной научно-технической задачей.
Цель работы. Разработка канавочных резцов с режущими пластинами из нитридной керамики, обеспечивающих повышение производительности обработки деталей из закаленных сталей, на основе целевого выбора геометрии резцов, состава керамики, состава и толщины покрытия.
Методы исследования. Теоретические и экспериментальные исследования выполнены с использованием теории резания, теории упругости, теории теплопроводности, теории прочности и разрушения, а также современных представлений о накоплении поврежденностей в хрупких телах. Исследования выполнены в лабораторных и производственных условиях с использованием известных и разработанных методик, а также оптической и электронно-сканирующей микроскопии. При исследовании напряженно-деформированного состояния канавочных резцов с керамическими режущими пластинами применяли автоматизированную систему термопрочностных расчетов керамических режущих пластин RKS-ST v. 1.0 и программный комплекс «Solid Works» (блок Solid Works Simulation). При обработке результатов экспериментов использовали методы математической статистики. Достоверность научных выводов обеспечена согласованием расчетных и экспериментальных данных.
Научная новизна работы состоит:
в установленной взаимосвязи режимов прорезки канавок, силовых и тепловых нагрузок, геометрических параметров пластин, формы и свойств структурных элементов керамики, состава и толщины покрытия, твердости и свойств закаленных сталей со стойкостью канавочных резцов, интенсивностью структурных концентраторов напряжений в режущих пластинах и характером их износа;
в построенной модели износа керамических режущих пластин при прорезке канавок в деталях из закаленных сталей, связавшей в единый процесс этапы формирования структурных концентраторов напряжений, появления и накопления поврежденностей, роста трещины, разрушения поверхностного слоя керамики и образования очага износа;
в созданном алгоритме проектирования канавочных резцов, основанном на снижении интенсивности структурных концентраторов напряжений в режущей пластине за счет целевого выбора геометрии резцов, структурных элементов керамики, состава и толщины покрытия.
Практическая ценность работы заключается в:
методике выявления структурных концентраторов напряжений в керамических режущих пластинах для их последующего проектирования;
оригинальной конструкции канавочного резца с режущей пластиной из нитридной керамики, предназначенного для прорезки канавок в деталях из закаленных сталей;
технологических рекомендациях по назначению режимов резания для разработанных канавочных резцов.
Реализация работы. Результаты диссертационной работы предложены для применения на предприятиях машиностроительного профиля и используются в учебном процессе при подготовке специалистов по направлению «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств».
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, МТИ-2011» (Москва, 2010,2011), «Инновации в машиностроении» (Бийск, 2010) и «Информационная поддержка принятия решений при управлении социальными и природо-производственными объектами» (Архангельск, 2011). Разработанные канавочные резцы с режущими пластинами из нитридной керамики награждены бронзовой медалью на Международной выставке изобретателей (Китай, 2004).
В полном объеме диссертация заслушана и одобрена на совместном заседании кафедр «Технологическое проектирование», «Высокоэффективные технологии обработки» и «Технология машиностроения» ФГБОУ ВПО МГТУ «Станкин».
Публикации. По результатам исследований опубликовано 9 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 (138 наименований) и приложения. Работа изложена на 144 страницах, содержит 81 рисунок и 21 таблицу.
