Повышение эффективности торцевого фрезерования керамикой оксидно-карбидного типа Журавлев, Михаил Петрович

Введение к работе

ЕК5,;.ЭТШ І I,

С 4.' Р

а.ь.а.Ж'ч.. Актуальность. Решающее влияние на интенсификацию механооб-мссвртаии^й^або'^гш! оказывает применение материалов» обладающих выоокими ре-""" Сущими овойотвада. Одним '-> них является керамика оксидно-карбидного типа» созданная ЕНЙИТС. РеэаНйб металлов при ее использовании имеет оущзотвешпзе особенности, изучение которых уточнит область рационального применения оксдцно-иарбвднай керамики.

Внедрение инструмента» оснащенного этим материалом, позволяет усовершенствовать или полностью перестроить технологию механической обработки, исключив или сократив по времени некоторые операции, высвободить рабочих, оборудование и производственные площади. Увеличение применения оксидно-карбидной керамики во многом обуславливается дефицитностью вольфрама» Кобальта» тантала, основных материалов для создания твердых сплавов и' неограниченными сырьевыми ресурсами исходного компонента для создания самой керамики. Однако, в силу пониженных прочностных характеристик, недостаточной изученности процесса.резания на ряде операций» например, при торцэвом фрезеровании, она еще ме иопольэуется в .относительно больших объемах.

Поэтому исследование условий рационального применения керамики оксидно-карбидного типа при торцевом фрезеровании й достижения на этой основе эффективного использования ее преимущеотв является актуальной задачей.

. Цель и задачи работы. Повышение эффективности использования керамики оксидно-карбидного типа при торцевом фрезеровании на оо-нове исследования условий ее рационального применения. Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:

I. Разработать математичзокую модель развития автоколебаний и определить условие устойчивости технологической системы.

S. Разработать математическую модель формирования микропрофиля обработанной поверхности с выделением его домширувдих ооо-тавлякщих.

1. Провести экспериментальную проверку разработанных моделей автоколебаний и составляющих профиля шероховатости.

2. Разработать конструкции торцевых фрез, оснащаемых керамикой, обеспечивающих надежную работу, повышение производительности и улучшение качества обработанных поверхностей.

3. Определить научно обоснованные рекомендации для эффективного использования керамики оксидно-карбидного типа на операции торцевого фрезерования. Внедрить результаты исследования в про-

изводство.

Положения! выносимые на защиту:

математическая модель развития автоколебаний и условие устойчивости технологической еиогзмы;

математическая модель формирования микропрофиля обработанной поверхности;

результаты исследования влияния технологических условий на динамику резания и качество обработанных поверхностей;

методика расчета оптимального режима резания;

конструкции торцевих фрез, оонаїцаемнх оксидно-карбидной керамиков.

Общая методика исследований. Високая твердооть, но относительная хрупкость керамики окаидно-карбидного типа предопределяет основную область ее использования - получиотовая и чистовая обработка твердых материалов. Значительное влияние на надежность инструмента, оснащенного керамикой, оказываю! возникайте при фрезеровании вибрации, которые наиболее чаото имеют самовозбувдащий-оя характер. Разработка модели автоколебаний с учетом ударного взаимодействия зуба- фрезы о заготовкой позволит определить устойчивость технологической сиотемы и мииимадьііую амплитуду колебаний.

Для обеспечения заданного качества обработанной поверхности необходимо выделить доминирующие факторы при образовании микро-профиля. Это позволит протнозировать параметры шероховатости на операции.

В связи с решаемыми теоретическими и экспериментальными задачами в работе применяются методы аналитической геометрии, теоретической механики, дифференциального и интегрального исчислений, теории резания, колебаний, планирования экспериментаj. современные средства измерений, ЭВМ и металлорежущее оборудование.

Использование полученных результатов исследований можно осуществить на этапе оптимизации'операции фрезерования и разработки конструкций фрез.

Научная новизна. Впервые проведено комплексное исследование уоловий рационального применения керамики оксидно-карбидного типа на операции торцевого фрезерования. В результате определена область ее предпочтительного использования.

Разработана математическая модель развития автоколебаний с учетом ударного взаимодействия зуба инструмента с заготовкой и влияние "следа" на поверхности резания.

б -

'Получено уолрвие устойчивости технологической системы при

торцевом фрезеровании.

Лана качественная оценка динамических явлений, происходящих в технологической системе, при ударном взаимодействии.

Проведен анализ формирования микрсйрофияя обработанной по
верхности. Выделены доминирунцие составляющие для одно- и много-
зубой фрезы. '

Разработана оптимизационная модель расчета режима резания с учетом стойкоотной" завиоимоати и ограничений по виброуотойчи-вооти и шероховатости обработанной поверхности.

Драктичеоадя ценность и реализация работы. Полученное условие устойчивости процесса резания позволяет определять необходимые параметра технологической системы и реетм резания, при кото-рык колебания в системе наиманьшив.

Математическая модель формирования шкропрофиля обработанной поверхности учитывает влияние доминирующих составляющих и позволяет прогнозировать величину параметров шероховатости, а также вести проектирование нових конструкций торцевых фрез.

Предложена методика расчета оптимального режима резания о учетом динашчеоних характеристик технологической система, что позволяет получить заданное качество обработанной поверхности при наименьших затратах.

Разработана и введены в действие научно обоснованные рекомендации по эффективному использованию окоидно-карбидной керамики при торцевом фрезеровании в виде РТМ "Минералокерамика. Свойства. Область использования. Режимы резания. Номенклатура режущих пластин. Типаж инструмента. Правила эксплуатации" и РТМ "Методика расчета оптимального режима резания при торцевом фрезеровании керамикой оксидно-карбидного типа".

Спроектированы' и внедрены новые конструкции торцевых фрез (А.С. № 1096052, А.С. J6 І2683І7, положительное решение Si ОЗІІ20). За разработку одной из конструкций получена бронзовая медаль_ ВДНХ.

Результаты работы внедрены на предприятиях НПО "Корпуо" и ПО "УЗТМ", что позволило повысить производительность механообработки в 1,5...2 раза в сравнении с вольфрамосодернащими твердыми сплавами ив 5...6 раз в сравнения со шлифованием. Годовой экономический эффект составил около 40 000 рублей. Разработанная техническая документация разослана по запросам на 13 предприятий

- s -

страны.

Апробация работы. Осаовнве иолонэния диссертации докладывалась и обсуядалиоь на научно-технических конференциях Челябинского государственного технического университета (Челябинск, 1985 -1991 гг.); областных конференциях: "Проблемы качества и совершенствования оборудования тяжелого, энергетического, транспортного и химического каийносгроелия" (Свердловск, 1982 г.), "Механизация и автоматизация ручных и трудоемких операций в промышленности Кузбасса" (Кемерово, 1983 г.), "Совершенствование технологии изготовления режущего инструмента и обеспечение его эффективной работы в гибких автоматизированных производствах (Свердловск, 1985 г.), зональних конференциях: "Нуги повышения производительности и качества механообработки деталей на машиностроительных предприятиях Урала" (Свердловск, 1984 г.), "Прогрессивный твердосплавный инструмент'* (Свердловск, 1987 г.), "Автоматизация и механизация в машиностроении" (Кемерово, I98S г.), "Выбор конструкций и режимов резания при эксплуатации прогрессивного твердосплавного инструмента" (Свердловск, 1991 г.), II научно-технической конференции молодых ученых и специалистов предприятий и организаций металлургического .машиностроения (Мариуполь, 1982 г.), всесовзной научно-технической конференции "Повышение експлуатационных свойств деталей машин" (Иркутск^ 1983 г.), научных семинарах кафедры "Металлорежущие станки и инотруменг" (1985 и 1991 гг.), научно-технических советов ПО "Уралтрансташ" и НПО "Корпус" (1991 г.).

Публикации. По тема диссертации опубликовано 18 печатных работ, депонирована I рукопись, получено 2 авторских свидетельства и I положительное решение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из. введения, пяти разделов, выводов, описка литературы из 121 наименования, 12 приложений. Содержит 120 страниц основного текста, 80 рисунков, 19 таблиц.