Введение к работе
Актуальность. Эффективность машиностроительного производства во многом определяется используемым металлорежущим инструментом. В настоящее время наибольшее распространение получили сборные инструменты со сменными многогранными пластинами (СМП) из инструментальных твердых сплавов (ИТС). Производственная статистика свидетельствует о том, что на долю отказов инструментов с СМП из инструментальных твердых сплавов в результате разрушения пластин приходится 70-75%. В большинстве случаев это связано с неправильным выбором ИТС или режимов резания. Существует большое количество практических рекомендаций в каталогах и справочниках ведущих инструментальных фирм по выбору ИТС и назначению режимов резания, которые созданы на основе продолжительных, дорогостоящих экспериментальных исследований в производственных условиях. Однако, не существует методики выбора ИТС и режимов резания, обеспечивающих условия максимальной работоспособности сборных инструментов с СМП. Существенное влияние на работоспособность сборного инструмента оказывают физико-механические характеристики как инструментальных, так и обрабатываемых материалов, которые существенно изменяются в зависимости от температуры. Поэтому, разработка методики выбора ИТС и режимов резания, обеспечивающих условия максимальной работоспособности сборных инструментов с СМП путем оптимизации по температуре физико-механических характеристик материалов является актуальной проблемой.
Целью работы является повышение работоспособности сборных режущих инструментов с СМП путем оптимизации по температуре резания, определяемой по температурным зависимостям физико-механических характеристик инструментальных и обрабатываемых материалов.
Для достижения цели в работе поставлены следующие задачи:
Исследовать влияние температуры на коэффициент интенсивности напряжений Kic, характеризующий вязкость разрушения (трещиностойкость) ИТС, и на работоспособность сменных режущих пластин.
Исследовать влияние температуры на физико-механические характеристики и обрабатываемость материалов.
3. Разработать методы повышения работоспособности твердосплавных инструментов путем оптимизации по температуре резания, определяемой по температурным зависимостям физико-механических характеристик инструментальных и обрабатываемых материалов.
Методы исследований. Исследования проводились с помощью методов экспериментальной механики. Определение влияния температуры на вязкость разрушения (трещиностойкость) инструментальных твердых сплавов, а так же на работоспособность сборного инструмента и обрабатываемость материалов проводилось по известным методикам с применением новых разработанных установок и приспособлений.
Достоверность результатов исследований подтверждается хорошей корреляцией с результатами многолетних опытных данных исследователей-предшественников. Повышение работоспособности инструментов с пластинами из ИТС подтверждено результатами экспериментов и внедрением разработанных методик на производстве.
Научная новизна:
1. Установлено экспериментально, что каждый инструментальный
твердый сплав имеет свою температуру максимальной вязкости разрушения
(трещиностойкости), определяемую по коэффициенту интенсивности
напряжений Kb, которая соответствует температуре максимальной
работоспособности ИТС.
Установлено, что каждый обрабатываемый материал имеет свою температуру максимальной обрабатываемости, которая может быть определена по экстремальным значениям температурной зависимости физико-механических характеристик или критической точке Ас3 (Аст) этих материалов.
Установлено, что температура максимальной работоспособности сборных инструментов со сменными режущими пластинами из твердых сплавов может быть определена по температурам максимальной вязкости разрушения (трещиностойкости) ИТС и максимальной обрабатываемости материала.
Практическая ценность и реализация результатов исследований: 1. Разработана методика определения диапазона температур максимальной работоспособности ИТС, определяемого по зависимости коэффициента интенсивности напряжений Кгс от температуры.
2. Разработана методика определения температуры максимальной обрабатываемости материала по экстремальным значениям температурной зависимости физико-механических характеристик или критической точке Асз (Аст) этого материала.
3. Разработана комплексная методика выбора инструментального твердого сплава по обрабатываемому материалу и определения температуры резания, обеспечивающая условие максимальной работоспособности режущего инструмента.
Разработанные методики и новые технические решения приняты к внедрению на ОАО «Ишимский машиностроительный завод», ЗАО «Тюменские авиадвигатели», ОАО «Ишимский механический завод», ОАО «Газтурбосервис».
Результаты исследований используются при подготовке студентов по специальностям: «Металлообрабатывающие станки и комплексы», «Инструментальные системы машиностроительных производств», «Технология машиностроения».
Апробация работы и публикации. Основные положения диссертационной работы доложены на 2 международных конференциях. Опубликовано 12 печатных работ, в том числе 2 работы в изданиях, рекомендованных ВАК, и монография (в соавторстве).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, библиографического списка из 88 наименований, изложенных на 144 страницах машинописного текста, приложения, включает 86 рисунков, 5 таблиц.
