Введение к работе
, .., Актуальность темы. Одним из наиболее трудоемких, малопроизводительных и недостаточно изученных процессов лезвийной обработки остается процесс нарезания внутренних шлицев на авиационных деталях из труднообрабатываемых материалов. В то же время зубодолбление очень часто является единственно возможным процессом обработки (нарезание в упор). Трудоемкость операции зубодолбления составляет 20-30% от общей трудоемкости механической обработки. При этом требуется обеспечить повышенную точность сложных профилей, стабильные параметры качества поверхностного слоя, высокую усталостную прочность и надежность обработанных деталей. Выполнение этих условий требует применения новых современных материалов. Такими материалами, в настоящее время широко применяемыми в моторостроении, являются жаропрочные и титановые сплавы, высокопрочные и жаростойкие стали. Применение этих материалов создает большие трудности, связанные с их лезвийной обработкой."
' "В Особенности, это'относится к нарезанию шлицевых отверстий дисков 'авиационных "двигателей. Конфигурация этих деталей требует применения в качестве инструмента только зуборезных долбяков. Силы резания при обработке Деталей твердостью более 35 HRC столь велики, что даже острый инструмент делает поверхность искаженной формы из-за чрезмерных упругих деформаций инструмента. Проблема не решается путем изменения конструкции или геометрических параметров долбяка.
* "'Необходимо изготавливать долбяки из твердых сплавов и быстрорежущих "сталей повышенной теплостойкости со значительным содержанием ванадия и кобальта^ Это вызывает значительные технологические трудности на операции 'зубошлифования, особенно при применении твердого сплава. Известен пример освоения технологий производства твердосплавных долбяков крупного модуля на Московском инструментальном заводе (МИЗ) для ЧТЗ. Однако, в авиационной промышленности используются долбяки с модулем менее 1 мм и более высокой точности.' ' -
!! Для успешного решения проблемы обработки деталей с внутренними шли-цевыми поверхностями современных авиационных двигателей необходимо решить четыре основные проблемы: повысить точность изготовления долбяков не менее чем в три раза по шагу и профилю; разработать технологию изготовления высокоточных мелкомодульных твердосплавных долбяков; исследовать процесс зубодолбления деталей из труднообрабатываемых материалов и определить рациональные режимы; определить силы при зубодолблении материалов повышенной ^твердости и разработать мероприятия по повышения жесткости системы.
г Цель'работы.
лПовышение точности и производительности обработки шлицевых отверстий в деталях из труднообрабатываемых материалов.
Научная новизна заключается в:
в разработанной методике замены эвольвенты элементом эллипса обеспечивающей повышение точности профиля зуба долбяка;
в разработанной модели образования погрешности шага зубьев долбяка при обработке методом обката и методы ее минимизации;
в установлении основных закономерностей изменения сил резания при зубододблении деталей из труднообрабатываемых материалов;
; в разработанной модели образования погрешностей направления шлицев на деталях и методе их минимизации;
в разработанной и реализованной технологии изготовления твердосплав
ных высокоточных мелкомодульных долбяков.
Основные положения, выносимые на защиту:
Модель образования технологических и кинематических погрешностей шага и профиля зубьев долбяка при шлифовании задней поверхности мелкомодульных долбяков. ,
Методику определения рациональных режимов обработки внутренних шлицевых поверхностей мелкомодульными долбяками с режущей частью из быстрорежущей стали и твердого сплава, обеспечивающую максимальную производительность и ресурс инструмента.
Комплекс технологических мероприятий, обеспечивающий возможность изготовления высокоточных мелкомодульных долбяков с режущей частью из ванадиевых быстрорежущей стали й твердого сплава
Методы исследования.
Для проведения исследований использовались разделы математики: линейная алгебра, векторная алгебра, аналитическая геометрия, уравнения математической физики, теория планирования эксперимента. Значительная часть работы базируется на экспериментальных данных полученных с помощью тензометри-ческой аппаратуры, осциллографа, микроскопов различных моделей и другой метрологически аттестованной измерительной аппаратуре. Использована методика обработки экспериментов с применением ЭВМ, пакеты прикладных программ Mathcad 6.0 Plus, Компас 3D V8, T-flex, WinMachine, MS Office 2003.
Задачи исследования заключаются в раскрытии основных закономерностей процесса зубодолбления деталей авиационной техники с внутренними шлицсвыми поверхностями из труднообрабатываемых материалов и процесса зубошлифования долбяков повышенной точности, а именно:
в разработке методики замены эвольвенты элементом эллипса;
в разработке модели образования погрешности шага зубьев долбяка при обработке методом обката и методы ее минимизации;
в установлении основных закономерностей изменения сил резания деталей повышенной твердости;
в разработке модели образования погрешностей направления шлицев на деталях из - за малой жесткости инструмента и разработанном методе их минимизации;
в установлении рациональных режимов обработки деталей повышенной
твердости мелкомодульными долбяками.
Достоверность научных положений, выводов и заключений обусловлена корректностью исходных посылок, использованием апробированного математического аппарата, логической обоснованностью выводов, согласованностью расчетно-теоретических результатов с экспериментальными данными, полученными на метрологически аттестованной аппаратуре, промышленным применением разработанной технологии. Среднее квадратическое отклонение теоретических и экспериментальных данных не превышает семи процентов. Практическая ценность работы заключается в:
проверенных на практике технологических рекомендациях по рациональной эксплуатации мелкомодульных твердосплавных долбяков и выбору опти-мальтных режимов зубодолбления внутренних шлицевых поверхностей деталей из различных групп труднообрабатываемых материалов;
разработанной технологии изготовления на имеющемся в производстве оборудовании высокоточных мелкомодульных долбяков с режущей частью из ванадиевых быстрорежущих сталей и твердого сплава;
нового метода получения эвольвентного профиля на шлифовальном круге для метода копирования позволяющего изготавливать зуборезные долбяки с модулем менее 0,8 мм и точностью получаемого профиля порядка 0,0005 мм.
Реализация результатов работы:
По результатам научных исследований разработана и внедрена технология изготовления прогрессивного зубообрабатывающего инструмента и рекомендации по его практическому применению. Результаты работы внедрены в цехах №17 и №20 ФГУП ОМО им. П.И. Баранова. В процессе выполнения работы выполнено хозяйственно-договорных работ на общую сумму 223000 руб. Экономический эффект от внедрения результатов работы составил 3513920 руб.
Апробация работы.
Основные положения работы доложены и обсуждены на научно-практической конференции «Машиностроительная отрасль — будущее России», а также с ведущими специалистами кафедры «Инструментальная техника и теория формообразования» Московского государственного технического университета «СТАНКИН» и расширенном заседании кафедры «Металлорежущие станки и инструменты» Омского государственного технического университета.
Публикации.
Основные положения диссертации изложены в 7 научных работах. По теме диссертации получены два авторских свидетельства на изобретения;
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы из 137 наименований, приложения и содержит 155 страниц основного текста, включая 69 рисунков, 9 таблиц.
