Введение к работе
Актуальность темы. Конструкции деталей машин с глубокими отверстиями используются на предприятиях многих отраслей промышленности, в том числе в машинах для металлургии. К таким деталям при механической обработке предъявляются высокие требования, связанные с обеспечением производительности процесса, точности размеров отверстий, формы, качества поверхности и т.п. На производительность процесса и качество обработки глубоких отверстий большое влияние оказывает состояние режущего инструмента, степень его износа, поэтому актуальным является повышение стойкости инструмента для глубокого сверления.
Анализ литературных данных показывает, что ряд исследователей решают задачу повышения стойкости сверл для глубокого сверления путем повышения стойкости режущих элементов. Другие достигают цели стойкость, изменяя форму и расположение направляющих, меняя конструкции инструментов. Вместе с тем не уделяется должного внимания микрорельефу поверхности направляющих элементов и его взаимодействию с поверхностью обрабатываемого отверстия. Хотя микрорельеф направляющих поверхностей в значительной мере предопределяет условия трения в очаге деформаций металла при глубоком сверлении, влияет на попадание смазки в зону взаимодействия и фактическую площадь контакта. Это в свою очередь оказывает влияние на силовые параметры процесса, износ направляющих как таковых и сверла в целом. Следовательно, выявление оптимального сочетания направлений микронеровностей направляющих поверхностей сверла глубокого сверления и обрабатываемого отверстия должно привести к повышению стойкости сверл, увеличению производительности сверления и точности обрабатываемых отверстий, что в данной работе подразумевается под повышением эффективности глубокого сверления и является важной и актуальной задачей.
Работа выполнялась по целевой комплексной программе АН2.25.1.1 "Новые процессы получения и обработки металлических материалов".
Цель работы. Повышение эффективности обработки глубоких отверстий влиянием угла направления микронеровностей направляющих поверхностей сверла на фактическую площадь контакта, маслоемкость стыка с обрабатываемым отверстием и износостойкость сверлильных головок.
Для достижения поставленной цели были поставлены и решены следующие задачи исследования.
1. Установить закономерность влияния топологии направляющих
поверхностей сверла на фактическую площадь контакта, маслоемкость
стыка с обрабатываемым отверстием и износостойкость сверлильных
головок.
2. Исследовать механизм формирования направлений следов
обработки с учетом маслоемкости в зоне контакта.
3. Предложить методику проектирования направляющих
поверхностей сверла и обрабатываемого отверстия при глубоком
сверлении с определением фактической площади контакта,
учитьшающую режимы резания и направление неровностей
направляющих поверхностей.
4. Установить зависимости для оценки фактической площади
контакта применительно к взаимодействию направляющих сверла и
обрабатываемого отверстия при глубоком сверлении с учетом режимов
резания и направлений неровностей направляющих поверхностей.
5. Разработать конструкцию устройства для шлифования
направляющих сверлильных головок и отработать режимы подготовки
инструмента для глубокого сверления с различной топологией
направляющих поверхностей.
6. Экспериментально подтвердить правомерность полученных
зависимостей для повышения износостойкости инструмента для
глубокого сверления.
Методы исследования. Для решения поставленных задач
использовались основные положения теорий резания металлов, трения, изнашивания, смачивания. Использовались методы статистической обработки результатов эксперимента, численного моделирования, планирования эксперимента.
Научная новизна работы:
- установлен механизм влияния топологии направляющих
поверхностей сверла на фактическую площадь контакта, маслоемкость
стыка с обрабатываемым отверстием и износостойкость сверлильных
головок;
- разработаны компьютерно-ориентированные модели контакта:
поверхностей, полученных шлифованием с учетом направлений неровностей и лезвийной обработкой с определением маслоемкости в зоне контакта,
- направляющих поверхностей сверла с обрабатываемым отверстием при глубоком сверлении с учетом фактической площади
контакта, режимов резания и направления неровностей направляющих поверхностей;
- установлены закономерности, определяющие фактическую
площадь контакта применительно к взаимодействию направляющих
сверла и обрабатываемого отверстия при глубоком сверлении с учетом
режимов резания и направлений неровностей направляющих
поверхностей.
Практическая значимость работы включает:
конструкцию инструмента с повышенной стойкостью направляющих элементов и сверлильной головки в целом;
- конструкцию устройства для шлифования направляющих
сверлильных головок и отработке режимов подготовки инструмента с
различной топологией направляющих поверхностей;
- компьютерные модели, позволяющие на стадии проектирования
прогнозировать величину контакта направляющих поверхностей сверла
и обрабатываемого отверстия при глубоком сверлении.
Личный вклад соискателя:
механизм действия направления микронеровностей на фактическую площадь контакта, маслоемкость стыка направляющих поверхностей с обрабатываемым отверстием и износостойкость сверлильных головок, на базе которых создан новый инструмент для глубокого сверления,защищенный патентом;
компьютерно-ориентированные модели и установленные взаимосвязи между высотами микронеровностей направляющих поверхностей и обрабатываемого отверстия, направлением следов обработки направляющих, сближением поверхностей, номинальной площадью контакта и режимами резания с одной стороны и фактической площадью контакта, и маслоемкостью стыка с другой; позволяющие установить наиболее эффективный вид микрорельефа направляющих, что позволило на стадии проектирования определить взаимодействие направляющих поверхностей сверла глубокого сверления и обрабатываемого им отверстия и прогнозировать уровень эксплуатационных свойств направляющих поверхностей;
- конструкция устройства для шлифования направляющих
сверлильных головок (положительное решение о выдачи патента) и
даны методики отработки режимов подготовки инструмента для
глубокого сверления с нанесением на поверхность направляющих
неровностей требуемых направлений;
- участие во внедрении результатов работы в производство.
Реализация результатов работы. Результаты работы внедрены в производственный процесс на ремонтном производстве Новолипецкого металлургического комбината при обработке отверстий в роликах машин непрерывного литья заготовок.
Апробация результатов работы. Основные научные положения и результаты диссертационной работы докладывались на научно-технических конференциях: Международной научно-технической конференции "Новые материалы и технологии в машиностроении" (Брянск, 2007); Международной научно-технической конференции "Инструментальные системы машиностроительных производств" (Тула, 2008); Международной научно-технической конференции "Новые материалы и технологии в машиностроении" (Брянск, 2008); научных семинарах кафедры "Технология машиностроения" ГОУ ВПО «Липецкий государственный технический университет» (2000-2008).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 8 научных работ, в том числе 4 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, а также 2 патента РФ.
В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежат: [1] - предложенная терминология в обозначении микрорельефов направляющих поверхностей сверла, [5] - предложенный инструмент для глубокого сверления, [6] - показаны особенности взаимодействия направляющих поверхностей сверла и обрабатываемого отверстия.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и результатов, приложений и списка литературы из 130 наименований. Основная часть работы изложена на 169 страницах, содержит 13 таблиц, 71 рисунок.
