Введение к работе
Актуальность работы. Качество продукции машиностроения во многом зависит от технологических процессов изготовления отдельных деталей и процессов обработки поверхностей, определяющих качественные показатели деталей и изделий в целом. К таким процессам относится протягивание поверхностей ответственных деталей. Несмотря на высокую производительность и стабильность качества протянутых поверхностей, процесс протягивания нуждается в дальнейшем совершенствовании и повышении стойкости инструмента. Особенно это актуально при обработке деталей авиационных газотурбинных двигателей (ГТД), изготавливаемых из труднообрабатываемых сложнолегированных сталей и сплавов с особыми свойствами. Протягивание таких деталей быстрорежущими протяжками со скоростями резания 0,5 – 2,0 м/мин не удовлетворяет производство ни по производительности обработки, ни по стойкости инструмента.
Использование для обработки деталей ГТД твердосплавных протяжек, позволяющих повысить скорости резания до 20,0 – 40,0 м/мин, сдерживается недостаточной изученностью процесса скоростного протягивания и теми недостатками, которые выявились при освоении этого метода обработки. Помимо технологических трудностей изготовления твердосплавных протяжек, сдерживающим фактором их применения является выкрашивание и хрупкое разрушение режущих кромок. Случайный характер «хрупкого» износа протяжек приводит к нестабильности процесса обработки, ухудшению качества протянутых поверхностей и к браку дорогостоящих деталей. Причинами преждевременного выхода из строя твердосплавных протяжек являются контактные процессы на рабочих поверхностях зубьев в переходные периоды процесса резания. Взаимодействие зуба протяжки со срезаемым слоем в моменты входа в обрабатываемую поверхность и выхода его из зоны резания создают условия для выкрашивания режущих кромок. Однако эти процессы еще недостаточно изучены, что не позволяет разработать эффективные способы повышения стойкости твердосплавных протяжек. Поэтому изучение процессов взаимодействия инструмента со срезаемым слоем в краевых зонах обрабатываемой детали, особенно в условиях выхода из контакта с ней, и установлению их влияния на хрупкую прочность зубьев протяжек является весьма актуальной задачей.
Цель диссертационной работы. Повышение стойкости твердосплавных протяжек при скоростном протягивании труднообрабатываемых материалов на основе уменьшения хрупкого разрушения и выкрашивания зубьев путем управления деформацией краевой зоны обрабатываемой детали.
Направление исследований обусловлено целью работы и состоит в:
- исследовании деформации краевой зоны детали для выявления условий взаимодействия инструмента со срезаемым слоем в этой зоне;
- изучении напряженно-деформированного состояния (НДС) режущего клина зуба протяжки в краевой зоне обрабатываемой детали для определения причин выкрашивания режущих кромок;
- разработке способов уменьшения выкрашивания и разрушения кромок зубьев твердосплавных протяжек путем управления деформированием краевой зоны детали;
Методы исследований. НДС краевой зоны детали и режущего клина зуба протяжки изучалось на математической модели, реализованной методом конечных элементов. В работе использованы основные положений теорий резания, упруго-пластичности, методов тензорного исчисления. Экспериментальные исследования проводились по методике однофакторного эксперимента.
Достоверность и обоснованность результатов исследований на модели деформирования краевой зоны и взаимодействия инструмента со срезаемым слоем подтверждены результатами натурных экспериментов и данными производственных испытаний разработанных способов уменьшения выкрашивания режущих кромок зубьев твердосплавных протяжек.
На защиту выносятся: 1. Результаты моделирования деформации краевой зоны детали и взаимодействия инструмента со срезаемым слоем в этой зоне;
2. Схема механизма отделения срезаемого слоя в краевой зоне и формирования заусенца;
3. Закономерности изменения контактных давлений на зубе протяжки, приводящие к выкрашиванию режущих кромок в краевой зоне.
4. Способы управления деформацией краевой зоны детали, исключающие хрупкое разрушение режущих кромок зубьев.
Научная новизна. 1. Разработана математическая модель и проведен расчет НДС инструмента и краевой зоны обрабатываемой детали при выходе зуба протяжки из детали.
2. Доказано, что по мере приближения зуба протяжки к торцу заготовки происходит замена процесса резания на процесс выдавливания срезаемого слоя с последующим формированием заусенца и срезом части срезаемого слоя по поверхности резания.
3. Установлен деформационный механизм разрушения режущих кромок протяжек из-за значительных растягивающих напряжений на передней поверхности зуба в краевой зоне обрабатываемой детали.
4. Доказано и экспериментально подтверждено уменьшение хрупкого разрушения зубьев протяжек при уменьшении деформации краевой зоны путем изменения ее геометрии и установки технологических упоров.
Практическая ценность результатов работы заключается в разработке способов уменьшения выкрашивания режущих кромок зубьев путем управления деформированием краевой зоны обрабатываемой детали, позволяющие предотвратить преждевременный выход из строя твердосплавных протяжек и повысить тем самым их стойкость.
Реализация результатов исследований. Проведены производственные испытания предложенных способов при протягивании дисков турбин из сплава ХН35ВТЮ протяжками из ВК8 в ОАО «Пермский моторный завод». Получено увеличение стойкости твердосплавных протяжек от 10 до 20 раз.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на международном симпозиуме «Надежность и качество» (Пенза, 2004, 2005г), международной конференции «Образование через науку» (Москва, 2005г), международной научно-технической конференции «Оптимизация и управление процессом резания, механотронные станочные системы» (Уфа, 2004г.), всероссийской научно-технической конференции «Теплофизика технологических процессов» (Рыбинск, 2005г.), 8-й всероссийской научно-технической конференции «Аэрокосмическая техника и высокие технологии – 2005» (Пермь, 2005г.), всероссийской с международным участием научно-технической конференции «Теплофизические и технологические аспекты управление качеством в машиностроении» (Тольятти, 2005), 12-й международной научно-технической конференции «Физические и компьютерные технологии» (Харьков, 2006г.), международной научно-технической конференции «Автоматизация технологических процессов и производственный контроль» (Тольятти, 2006), 8-й международной научно-технической конференции «Машиностроение и техносфера ХХI века» (Донецк, 2006г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Работа изложена на __ страницах машинописного текста, содержит __ рисунка, ___ таблиц, ___ формул, списка использованных источников из __ наименований, __ приложений. Общий объем работы ___ страницы.
