Введение к работе
Актуальность работы. Несмотря на возрастающее с каждым годом потребление металлообрабатывающего инструмента из твёрдых сплавов, режущей керамики и сверхтвёрдых материалов, объём быстрорежущих сталей, используемых при изготовлении фрезерного инструмента, не уменьшается. Быстрорежущие стали по-прежнему остаются одним из самых распространенных материалов, благодаря высокой работоспособности режущего инструмента в производственных условиях.
Концевые фрезы из быстрорежущей стали с винтовой режущей частью получили наибольшие распространение. Имея ряд преимуществ, оказывающих большое влияние на процесс резания, они обладают более высокой стойкостью по сравнению с прямозубыми фрезами и широко применяются при производстве металлоизделий различного назначения.
Специфика инструментального производства такова, что в настоящее время традиционно изготавливают фрезы с монолитной режущей частью из быстрорежущей стали и используют различные способы упрочняющей обработки рабочих поверхностей режущего инструмента.
Значительный практический интерес с точки зрения ресурсосбережения, снижения стоимости и увеличения работоспособности концевых фрез, представляет использование составного инструмента, оснащенного пластинами из быстрорежущей стали. Заготовки зубьев такого инструмента выполняют из проката, имеющего наименьшую карбидную неоднородность, что значительно повышает стойкость режущего инструмента при фрезеровании. При этом обеспечивается эффективная экономия вольфрамосодержащих сталей. Следует отметить, что на практике такой инструмент не нашёл должного применения, ввиду технологических трудностей, возникающих при изготовлении винтовых пластин из быстрорежущей стали.
Создание технологии изготовления концевых фрез из быстрорежущей стали, обеспечивающей экономию инструментального материала и повышение их работоспособности, несмотря на многочисленные исследования, до настоя-
щего времени не имеет положительных результатов и яшіяется проблемой, решение которой имеет большое научно-техническое и практическое значение.
В данной работе рассматривается комплексный подход, основанный на разработке технологии изготовления составных концевых фрез с винтовыми пластинами из быстрорежущей стали.
Цель работы. Совершенствование технологии изготовления концевых фрез на основе применения составной конструкции инструмента с винтовыми пластинами из быстрорежущей стали, полученными методом холодной завивки. Для реализации поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
-
Изучить физико-механические свойства и структуру быстрорежущей стали в зависимости от режимов и условий термической обработки и оценить возможность получения винтовых пластин в холодном состояіши.
-
Определить режимы термической обработки, обеспечивающие получение повышенной пластичности быстрорежущей стали в холодном состоянии.
-
Установить продолжительность времени пребывания быстрорежущей стали в состоянии шіастичности, необходимой для формообразования винтовых пластин холодным деформированием.
-
Определить напряженно-деформированное состояние пластин при холодном формообразовании, позволяющем оценить технологическую прочность инструментального материала.
-
Спроектировать устройство, обеспечивающее холодную завивку пластин из быстрорежущей стали в винтовую форму заданной конфигурации.
-
Разработать технологию соединения винтовых пластин из быстрорежущей стали с корпусом из конструкционной стали.
-
Разработать технологию изготовления составных концевых фрез с винтовыми зубьями.
Методы исследовании. Экспериментальные исследования выполнены в лабораторных и производственных условиях с использованием методик определения физико-механических свойств металла. Изучение структурных изменений быстрорежущей стали проведено на основе оптической и электронной микроскопии, с компьютерной обработкой полученных данных. Определение НДС винтовых пластин выполнено на основе МКЭ с использованием компьютерной программы ANSYS. Для определения работоспособности инструмента,
изготовленного по разработанной технологии, проведены опытно-промышленные испытания.
Научиая ношпиа работы:
определены режимы, обеспечивающие повышенную пластичность быстрорежущей стали Р9К5 в холодном состоянии, на основе экспериментального изучения температурно-времешшх параметров термической обработки;
выявлены структурные изменения быстрорежущей стали Р9К5, в основе которых лежит некоторое уменьшение доли карбидной фазы, влияющее на формирование пластичности инструментального материала;
установлено, что после термической обработки быстрорежущая сталь сохраняет пластичность в холодном состоянии только определённое время. Выявлен временной интервал, обеспечивающий холодное формообразование винтовых пластин из стали Р9К5;
разработана конечно-элементная модель процесса холодной завивки пластин, обеспечивающая оденку напряжешю-деформировашюго состояния заготовок режущих зубьев составных фрез.
Практическая значимость работы:
-
Предложена эффективная технология изготовления составных концевых фрез с винтовыми пластинами из быстрорежущей стали.
-
Разработана технология холодной завивки пластин из быстрорежущей стали для получения заготовок винтовых зубьев концевых фрез. (Патент № 2323812, В23Р 15/34 C21D 9/22.)
-
Разработана конструкция и изготовлено устройство для формообразования режущих элементов винтовой формы из быстрорежущей стали в холодном состоянии (Патент № 2323812, В23Р 15/34 C21D 9/22.)
Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены: на VII Всероссийской с международным участием научно-технической конференции «Механики XXI веку» (Братск, 2008); 8-й Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы повышения эффективности металлообработки в промышленности на совремешюм этапе» (Новосибирск, 2010), 4-ой региональной научно-технической конференции «Техпологаческая механика материалов» 18-20 апреля 2007г (г. Иркутск); на 5-ой региональной научно-технической конференции «Технологическая механика материалов» 24-25 апреля 2008г. (г. Иркутск); на 6-ой региональной научно-технической конференции «Перспективные технологии получения и обработки конструкционных мате-
риалов» в апреле 2009г. (г Иркутск), на расширенном заседании кафедры машиностроительных технологий и материалов НИ ИрГТУ в марте 2011 (г. Иркутск).
Автор выносит на защит}':
режимы и условия термической обработки, обеспечивающие повышенную пластичность быстрорежущей стали для холодной завивки заготовок режущих элементов инструмента в винтовую форму,
конечно-элементную модель напряженно-деформированного состояния винтовых пластин из быстрорежущей стали при холодном деформировании;
технологию холодного формообразования винтовых пластин из быстрорежущей стали;
- конструкцию устройства для завивки пластин в холодном состоянии.
Публикации. Результаты диссертации опубликованы в 8 научных работах,
из них 2 работы в журналах, рекомендованных ВАК РФ и одном патенте РФ на изобретение.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введеній, 4 глав, общих выводов, сгшска литературы и приложения. Работа объемом 120 страїшц машинописного текста содержит 34 рисунка, 22 таблицы и список литературы, включающий 109 наименований.
